СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ВОЗДУХА Российский патент 2009 года по МПК F24F11/00 

Изобретение относится к круглогодичному кондиционированию воздуха, а именно к автоматическому управлению системой кондиционирования в целях поддержания заданного температурно-влажностного режима в помещении. Сущность его заключается в том, чтобы при помощи автоматического управления параметрами приточного воздуха минимизировать потребление различных видов энергии.

Известен способ автоматического управления параметрами воздуха в помещении (см. Креслинь А.Я. «Автоматическое регулирование систем кондиционирования воздуха», - М.: Стройиздат, 1972, с.14-44), заключающийся в том, что обработка подаваемого в помещение воздуха ведется путем нагрева, охлаждения, увлажнения и осушки. Данный способ предусматривает управление процессами обработки воздуха, при котором поддерживаемая температура и влажность должны соответствовать заданным значениям. В этом способе управление ведется по оптимальным режимам работы. Область изменения параметров наружного воздуха разбивают на зоны. Положение зон зависит от тепловлажностных нагрузок помещения. Для каждой из построенных зон соответствует свой режим, т.е. последовательность тепловлажностной обработки воздуха в кондиционере.

Недостатком этого способа является то, что в некоторых режимах усложнена и не оптимизирована обработка воздуха, также один из недостатков данного способа заключается в том, что в качестве информации о переходе из одного режима обработки на другой используется положение регулирующей арматуры, что не всегда позволяет достичь поставленной цели.

Известен способ автоматического управления параметрами воздуха в помещении (см. АС СССР 576496, F 24 F 11/06, G 05 G 22/02, G 05 G 23/00) - ближайший аналог, заключающийся в том, что автоматическое управление параметрами воздуха в помещении осуществляется путем измерения и регулирования энтальпии, влагосодержания и расходов внутреннего, приточного и наружного воздуха. Регулирование ведут по отклонению текущих значений энтальпии и влагосодержания внутреннего воздуха от их экстремальных значений, которые находятся на границе зоны допустимых параметров

Недостатком этого способа является то, что исходными данными для регулирования являются экстремальные значения, находящиеся на границе допустимых параметров, низкая точность получения оптимальных параметров; регулирование в данном способе ведется по двум каналам регулирования и не используются каналы регулирования расхода наружного и рециркуляционного воздуха; не учитываются тепловлажностные нагрузки в помещении.

Задачами заявляемого изобретения является создание способа автоматического управления параметрами воздуха. Система управления должна автоматически реагировать на изменения условий в объекте и окружающей среде, минимизируя при этом потребление энергии с одновременным достижением контрольной точки в заранее заданной области комфортности, санитарных норм и других критериев, которые могут быть определены человеком.

Поставленная задача решается за счет того, что используется способ автоматического управления параметрами воздуха в помещении путем измерения и регулирования энтальпии, влагосодержания и расходов внутреннего, приточного и наружного воздуха, а на основании измеренных тепловлажностных параметров и параметров наружного, приточного и удаляемого воздуха в блоке оптимизации и формирования команд вычисляются тепло- и влаговыделения в помещении, номер зоны, параметры воздуха в контрольной точке, определяется технология обработки воздуха в кондиционере и включается режим работы кондиционера, обеспечивающий оптимальный способ обработки воздуха, и производится регулирование параметров внутреннего воздуха по их отклонению от параметров в контрольной точке. Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления параметрами воздуха позволяет снизить расходы различных видов энергии и технологических сред за счет выбора оптимального режима работы кондиционера, а также повысить точность поддерживаемых в сооружении параметров за счет программного способа управления.

Анализ аналога и прототипа заявляемого способа показал, что предлагаемое решение является новым. Новизна предлагаемого способа заключается в том, что предлагается на основании измеренных тепловлажностных параметров и расходов наружного, приточного и удаляемого воздуха в блоке оптимизации и формирования команд вычислять тепло- и влаговыделения в помещении, номер зоны, параметры воздуха в контрольной точке, определять технологию обработки воздуха в кондиционере и включать режим работы кондиционера, обеспечивающий оптимальный способ обработки воздуха, и производить регулирование параметров внутреннего воздуха по их отклонению от параметров в контрольной точке.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих дополнительный технический эффект, и характеризуется признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».

Способ автоматического управления параметрами воздуха представлен на фиг.1 (блок-схема способа автоматического управления параметрами воздуха в помещении); фиг.2 (принципиальная схема опорного варианта скв); фиг.3 (фрагмент I-d-диаграммы влажного воздуха).

На фиг.1 приведена блок-схема заявляемого способа автоматического управления параметрами воздуха. В состав блок-схемы входят блок 1 регистрации параметров, состоящий из датчиков, контролирующих параметры и расходы наружного, приточного и удаляемого воздуха, блок 2 сбора сигналов с датчиков, блок 3 оптимизации и формирования команд, блок 4 автоматического регулирования. На фиг.2 приведена принципиальная схема опорного варианта системы кондиционирования воздуха. Приведенная на фиг.2 схема необходима для пояснения работы предлагаемого способа. Она содержит два теплообменника 5 и 6, камеру орошения 7, клапан наружного 8 и удаляемого 9 из помещения воздуха, клапан 10 и 11 обвода камеры орошения 7, приточной 12 и вытяжной 13 вентиляторы, датчики параметров, соединенные с блоком оптимизации и формирования команд, в качестве которого может быть использован персональный компьютер или контроллер. На фиг.2 показано место установки датчиков, необходимых для контроля параметров и функционирования схемы. В качестве исполнительных механизмов приняты клапаны с электрическими приводами, частотные преобразователи, необходимые для изменения расхода воздуха в системе. Пример построенных зон для тепловлажностных нагрузок приведен на фиг.3, на которой изображен фрагмент I-d-диаграммы влажного воздуха. Буквы в кружках на данном рисунке одновременно обозначают зоны и соответствующие режимы работы СКВ. Каждой зоне соответствует единственный оптимальный режим обработки воздуха.

Способ автоматического управления параметрами воздуха осуществляется следующим образом. С блока регистрации параметров 1 данные поступают на блок 2 сбора сигналов с датчиков, откуда они передаются на блок 3 оптимизации и формирования команд. По программе, заложенной в блоке 3, определяют номер зоны, параметры в контрольной точке и способ обработки воздуха. С блока 3 подаются команды на блок 4 автоматического регулирования, который управляет исполнительными механизмами. Система управления посредством опроса измерительных датчиков производит замер параметров наружного, приточного и удаляемого воздуха. Измеряются следующие параметры: I_пр, I_y, I_нар - энтальпия приточного воздуха, удаляемого из помещения, и наружного воздуха, кДж/кг; G_нар, G_пр, G_уд - расход наружного, приточного и удаляемого воздуха, кг/с; d_пр, d_нар, d_y - влагосодержание приточного, наружного и удаляемого воздуха, г/кг; t_к0 - температура воды в камере орошения, °С. Замеренные данные поступают в блок 3 оптимизации и формирования команд. Рабочая программа, записанная в нем, обрабатывает информацию, которая для построения термодинамической модели (ТДМ) вычисляет параметры в опорных точках. Под опорными точками понимаются значения параметров приточного воздуха при минимальном и максимальном расходе воздуха. По измеренным параметрам энтальпии и влагосодержания по формулам (1) и (2) определяют тепловыделения ΔQ и влаговыделения ΔW.

где G_пр - расход приточного воздуха.

Вычислив значения ΔQ и ΔW, зная минимальный и максимальный расход, находим параметры в опорных точках H_1min, Н_2min, H_1max, Н_2max по следующим формулам:

где H_1min и H_2min - точки параметров, которые характеризуют минимальный расход воздуха; H_1max и H_2max - точки параметров, которые характеризуют максимальный расход воздуха; G_min и G_max - минимально неизбежный и максимально целесообразный расход наружного воздуха. После того как путем вычисления получают параметры в опорных точках, на термодинамической модели строятся зоны наружного климата. Процессы обработки воздуха, параметры воздуха в контрольной точке и способ регулирования приведены ниже в таблице.

ЗоныКонтрольная точкаРегулирование параметров воздуха в помещении ведут:По датчику расхода наружного воздухаПо датчику энтальпии (температуры)По датчику влагосодержания (относительной влажности)АУ₁Установить минимальный расход воздухаИзменением теплопроизводительности теплообменника 5Изменением соотношения расхода воздуха, проходящего через форсуночную камеру и обвод  У₂′ на линии У₁ У₂Установить минимальный расход воздуха-Изменением соотношения расхода воздуха, проходящего через форсуночную камеру и обводВУ₂-Изменением расхода воздухаИзменением соотношения расхода воздуха, проходящего через форсуночную камеру и обводГУ₂Установить максимальный расход воздухаИзменением соотношения расхода воздуха, проходящего через форсуночную камеру и обвод-ДУ₂Установить минимальный расход воздухаИзменением соотношения расхода воздуха, проходящего через форсуночную камеру и обвод-ЕУ₆ на линии У₁ У₂Установить минимальный расход воздухаИзменением теплопроизводительности теплообменника 5-ЖУ₂-Изменением теплопроизводительности теплообменника 5Изменением расхода воздуха3У₂-Изменением соотношения расхода воздуха, проходящего через форсуночную камеру и обводИзменением расхода воздухаИУ₂Установить минимальный расход воздухаИзменением теплопроизводительности теплообменника 6Изменением соотношения расхода воздуха, проходящего через форсуночную камеру и обвод

Так, например, при выполнении условия: I_нар<I_H1min и d_нар<d_H1min. Система управления определяет, что параметры попали в зону А. В соответствии с приведенной таблицей для обработки наружного воздуха, параметры которого находятся в этой зоне, необходим нагрев воздуха и адиабатное увлажнение обрабатываемого воздуха. Для обеспечения минимальных затрат тепла в этой зоне необходимо держать параметры в помещении в контрольной точке У₁, при этом температура воздуха в обслуживаемом помещении регулируется изменением теплопроизводительности калорифера первого подогрева, а относительная влажность - изменением расхода воздуха через обвод форсуночной камеры регуляторами 10 и 11. Регулирование параметров воздуха производится по отклонению энтальпии (температуре) и влагосодержания (относительной влажности) с постоянным расходом.

Параметры контрольной точки, находящиеся на прямой заданных значений, в помещении имеют переменный характер. В качестве примера рассмотрим случай, когда параметры наружного воздуха находятся в зоне Б. Если выполняется условие: I_H1min<I_нар<I_H2min и d_нар<d_H2min, а также если выполняется неравенство (7), то параметры наружного воздуха попали в зону Б.

Минимальные затраты в этой зоне будут, если параметры воздуха поддерживать в контрольной точке У₂' находящейся на линии У₁ У₂. Параметры в этой точке находим следующим образом. Находим параметры воздуха в точке С₂ на линии H_1min H_2min, a затем параметры в точке У₂' по формулам (8).

Для обработки наружного воздуха его необходимо адиабатно увлажнить и при минимальном расходе подать в помещение. Относительная влажность и температура воздуха в обслуживаемом помещении регулируется изменением расхода воздуха через обвод форсуночной камеры регуляторами 10 и 11. Регулирование производится по отклонению влагосодержания (относительной влажности) с постоянным расходом.

Заявляемый способ автоматического управления параметрами воздуха является промышленно применимым, так как включает в себя способы управления, применяемые ранее, а также существующие технические средства позволяют его реализовать.

Способ предназначен для автоматического управления системой кондиционирования в целях поддержания заданного температурно-влажностного режима в помещении. Способ заключается в том, что на основании измеренных тепловлажностных параметров и расходов наружного, приточного и удаляемого воздуха в блоке оптимизации и формирования команд вычисляются тепло- и влаговыделения в помещении, номер зоны, параметры воздуха в контрольной точке, определяется технология обработки воздуха в кондиционере и включается режим работы кондиционера, обеспечивающий оптимальный способ обработки воздуха, и производится регулирование параметров внутреннего воздуха по их отклонению от параметров в контрольной точке, которая автоматически выбирается системой управления. Положение этой точки изменяется при переходе параметров наружного воздуха из одной зоны в другую вследствие сезонных и суточных колебаний, а также вследствие непостоянства тепло- и влаговыделений в сооружении, из-за которых опорные точки меняют свое положение на I-d-диаграмме, а вслед за ними - все границы зон. Технический результат - снижение расхода различных видов энергии и технологических сред за счет выбора оптимального режима работы кондиционера, а также повышение точности поддерживаемых в сооружении параметров за счет программного способа управления. 3 ил., 1 табл.

Способ автоматического управления параметрами воздуха в помещении путем измерения и регулирования энтальпии, влагосодержания и расходов внутреннего, приточного и наружного воздуха, отличающийся тем, что на основании измеренных тепловлажностных параметров и расходов наружного, приточного и удаляемого воздуха в блоке оптимизации и формирования команд вычисляются тепло- и влаговыделения в помещении, номер зоны, параметры воздуха в контрольной точке, определяется технология обработки воздуха в кондиционере и включается режим работы кондиционера, обеспечивающий оптимальный способ обработки воздуха, и производится регулирование параметров внутреннего воздуха по их отклонению от параметров в контрольной точке.