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1、恒温恒湿空调系统的节能研究 南京理工大学硕士学位论文恒温恒湿空调系统的节能研究姓名:王培申请学位级别:硕士专业:供热、供燃气、通风及空调工程指导教师:李苏泷20080626硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究摘 要随着经济的发展,对恒温恒湿环境的应用和需求的领域在日益增加。同时近年来能源短缺的现实,已经迫使我们把节能问题提到一个十分重要的位置上来。因此,认识清楚目前存在的问题,高效利用空调系统的能源,采取有效的节能措施就成为迫切需要解决的问题。本文对常用的纯蒸汽加湿、一次回风的恒温恒湿空调机组夏季、冬季和过渡季节模式的空气处理过程进行了详细的分析,对温度和湿度参数的控制进行了控制分解,给出了控
2、制实现框图。在原有恒温恒湿空调机组的基础上进行改造,提出了一种节能的新式恒温恒湿空调系统。对新式恒温恒湿空调系统工艺的实现进行了分析,同时进行了能耗的计算。在新式空调系统的基础上,对温度、湿度的自动控制的实现进行了介绍。对新式恒温恒湿空调系统可行性研究结果表明,这种空调系统具有普遍的适用性。提出应用变露点调节法来控制室内相对湿度。本文提出将模糊控制应用到恒温恒湿空调系统控制湿度的控制策略中,将模糊控制策略应用到恒温恒湿空调系统中,得到了夏季和冬季模式交露点调节串级模糊控制闭环系统。对一个工程实例进行室内温湿度控制,应用变露点调节串级模糊控制闭环系统来控制室内湿度,利用控制来控制室内温度。借助相
3、关工具,对工程实例的夏季和冬季工况进行了仿真。仿真结果表明:应用本文提出的新式恒温恒湿空调系统,在控制策略上运用变露点调节串级模糊控制闭环系统控制室内相对湿度,运用控制来控制室内温度,可以达到工程所要求的温湿度精度要求。关键词:恒温恒湿,节能,变露点,模糊控制 硕士论文、,. ., ., . , . ,. ., . ,. .:硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究 ,.:,硕士论文图表目录图表目录?图.柜式恒温恒湿型空调机组的控制原理图图.采用喷水室和固定露点温度控制的空气处理方式?。图.喷水室夏季空气处理过程的含湿图图.采用冷水表冷器和固定露点温度控制的空气处理方式图.相应于图.的各点空气状态
4、?。图.采用冷水表冷器的恒温恒湿空调的空气处理及自动控制图.恒温恒湿空调工程的空气处理新方式及自动控制图.对应于图.系统的夏季空气处理过程及各点状态?。图.改进的恒温恒湿空调方案图.纯蒸汽加湿、一次回风恒温恒湿空调系统结构图图.纯蒸汽加湿、一次回风恒温恒湿空调系统定露点调节装置图?图.夏季空气处理过程图?图.夏季空气处理工艺流程?.图.夏季模式室内湿度控制系统框图.图.夏季模式室内温度控制系统框图.图.夏季模式室内温度控制系统综合分析框图?.图.冬季空气处理过程图?.图.冬季空气处理工艺流程图.图.预热温度控制系统框图?图.冬季模式室温控制系统框图?.图.冬季模式室温控制综合分析框图图.冬季模
5、式室内湿度控制系统框图图.过渡季节空气处理过程图?.图.过渡季节空气处理工艺流程图?图.过渡季节室内温度控制系统框图图.过渡季节室内湿度控制系统框图图.空气处理不当方式一。图?.图.空气处理不当方式一工艺流程图?.图.空气处理不当方式二图?.图.空气处理不当方式二工艺流程图?.图.新式恒温恒湿空调系统装置图?。图.新式恒温恒湿空调系统夏季模式空气处理过程图?硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究图新式恒温恒湿空调系统夏季模式空气处理工艺流程图。图.新式恒温恒湿空调系统夏季模式室内空气湿度控制系统框图.图.新式恒温恒湿空调系统夏季模式室内温度控制系统框图?.图.夏季室内余热和余湿均变化时定露点调节
6、图图.夏季室内余热和余湿均变化时变露点调节图.图.冬季室内热负荷和湿负荷均变化时定露点调节图?.图.冬季室内热负荷和湿负荷均变化时变露点调节图?.图.模糊控制系统组成框图?一图.模糊控制器组成图.模糊控制器的设计流程组成图.夏季模式变露点调节串级模糊控制闭环系统框图?.图.冬季模式变露点调节串级模糊控制闭环系统框图?.图.模糊控制器界面图.图.夏季模式相对湿度范围的确定?.图.夏季模式露点温度范围的确定?.图.相对湿度的偏差变量的隶属度函数图?.:?图.相对湿度的变化率的隶属度函数图?图.输出量露点温度的变化值的隶属度函数图图.带标注的规则编辑器窗口?图.带标注的规则观察器窗口?图.带标注的曲
7、面观察器图.房间相对湿度控制模型图.图.夏季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真框图?。图.夏季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真结果图.冬季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真框图图.冬季模式变露点调节室内相对湿度模糊串级控制仿真结果图.房间温度控制模型图?.图.夏季模式调节室内温度控制仿真框图图.夏季模式调节室内温度控制仿真结果?.图.冬季模式调节室内温度控制仿真框图图.冬季模式调节室内温度控制仿真结果学位论文独创性声明本学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,
8、也不包含我为获得任何其它学位而使用过的材料。其他人员对本学位论文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名: 至堡关于本学位论文使用授权的声明南京理工大学有权保留本学位论文的复印件和电子文档,有权送交给有资质的信息档案机构存档。除在保密期内的保密论文外,本论文允许被查阅和借阅,可以公布论文的全部或部分内容。上述事项授权南京理工大学研究生院办理。王培作者签名硕士论文 恒温恒湿空调系统的节能研究引言.课题背景空调技术涉及到各类建筑物和生产场所的室内环境要求,即:室内空气的温度、湿度、速度和洁净度等,直接影响着生产工艺和人体健康。随着我国经济不断发展,各行空调技术涉及到各类建筑物
9、和生产场所的室内环境控制,即对室内空气的温度、湿度、速度和洁净度等提出特定的要求,以满足生活和生产工艺等方面的需要。随着我国经济不断发展,各行各业对生产环境的要求越来越高,比如棉纺、毛纺、化纤、纸张、包装、烟草生产企业对恒温恒湿空调的应用很普遍,按照和有关标准规定,纺织品、纺织原料、纸张、纸品和纸箱等商品的品质物理项目的检验必需在标准大气条件下进行。纸张对大气温湿度变化非常敏感,大气湿度的变化会引起纸张水分的变化,进而会导致其性能的变化。此外,质检、纤检等产品质量检验与控制部门对恒温恒湿空调也有很高的要求。因此随着经济的发展,对恒温恒湿空调的需求和要求也在不断地提高。能源是影响国民经济持续发展
10、的重要因素,近年来能源短缺的现实,已经迫使我们把节能问题提到一个十分重要的位置上来。人类已进入需要持续发展的世纪,我们的生活更加依赖于技术的进步。建筑物作为人类生活息息相关的物质产品,空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统,它在给人们提供舒适的生活和工作环境时,又消耗了大量的能源。一些发达工业国家,由于广泛使用空调系统,以致空调耗能占到总能耗的/如美、日等国,有的甚至高达总能耗的%如瑞典。据统计,我国建筑物能耗约占能源总消耗量的%。在有空调的建筑物中,空调的能耗约占总能耗的%,而且呈逐年增长的趋势。因此,认识清楚目前存在的问题,高效利用空调系统的能源,采取有效的节能措施就成为迫切需要解决的问题
11、。温湿控制是暖通空调重要内容之一。为了控制室内相对湿度,传统方法是将新风和回风混合后的空气冷却至足够低的露点温度,再通过二次加热、加湿等手段分别处理温度和湿度。这种方法控制简单,但明显存在同时冷却、加热、加湿的现象。这种再热形成的冷热抵消现象所引起的能耗是十分惊人的。随着我国综合国力的提高,不少工厂对生产工艺进行改进,以至恒温恒湿空调机组的需求量不断增加,从而导致能源消耗的加剧。在恒温恒湿类空调工程中改用合理的空气处理方式,杜绝冷热抵消后的节能效果是巨大的。对恒温恒湿空调系统进行节能研究,遂成为一个十分重要的课题。如果空调系统不作相应的控制调节,则在室外空气参数和室内负荷不断变化的情况下,将会
12、使室内参数发生相应的变化或波动,这样就不能满足设计要求,而且也会硕士论文引言浪费空调冷量和热量。因此,空调系统的设计和运行必须考虑在室外气象条件和室内热湿负荷变化时,系统如何进行调节,才能在全年内,既能满足室内温湿度要求,又能达到经济运行的目的。提高空调设备的调节质量,主要靠自动控制设备来实现。实际上,有许多手段可以影响房间的温度和湿度,但影响的程度是不一样的。前述二次加热方法对房间的温度影响很强,而对湿度的影响较小,反之,蒸汽加湿对房间的湿度影响很大,而对房间温度的影响较小。对于这种两个基本上独立的控制回路,只需采用简单的单回路控制方法就可获得理想的控制效果。而另外一些手段,如系统风量、水温
13、的调节,同时会对温度、湿度产生影响,圳。.国内外研究概况几十年来,在我国工业上的恒温恒湿类空调工程以及凡是对湿度有控制要求的空调工程中,为了控制室内相对湿度,总不得不用再热的处理方法,这几乎已成了机械工业、电子工业、医药工业等有关工程设计数十年的不变规律。可是这种再热形成的冷热抵消现象所引起的能耗是十分惊人的。因为,为了控制相对湿度,历来一贯的做法都是先把大量空气新风和回风的温度一直降低到必要的露点温度以下,以除去其中的水分,然后再行加热升温,才能保持室内一定的相对湿度。鉴于这种情况,近年来关于恒温恒湿空调系统的节能问题逐渐成为大家研究的重点,人们希望可以找到一种合理的空气再热处理方式,从而达
14、到节能的目的。下面将例来惯用的方法叙述如下:中小型恒温恒湿机组的典型处理方式对于各类产业中的中小型恒温恒湿空调工程,历来人们都是习惯采用相应容量的立式恒温恒湿机组。早期的恒温恒湿机组的空气处理和自动控制原理大致如图.所示。室内设置干球温度传感器和湿球温度传感器。冬季运行时由干球温度传感器分挡手动和自动控制电加热器的加热量。由湿球温度传感器控制电极加湿器内电加热器的开或关,以达到加湿的目的。夏季运行时制冷机及其供液管上的电磁阀打开,新风和回风混合后通过直接膨胀式表冷器降温去湿,大致达到所需的机器露点温度后,再根据干球温度传感器所表现出来的室内实时负荷要求控制再加热度。容量稍大的机组可以把直膨式盘
15、管按容量分成/和/两组,分别由大小两只电磁阀控制。这时电极加湿器与压缩机电源电路反锁,只要压缩机开,电极加湿器便不会有电。及至春秋季,其运行工况与夏季类似,只是这时为了节能,可根据实际湿负荷的大小手动选择其中的一只电磁阀作轻载运行。从原理上分析,图.所示的控制方式是属于固定露点温度控制,虽然在这里表冷器后并没有设置专门的露点温度控制装置。恒温恒湿空调系统的节能研究硕士论文图.柜式恒温恒湿型空调机组的控制原理图采用喷水室的空气处理方式及其自动控制图.所示是我国年代在大型恒温恒湿空调工程中采用的比较多的一种空气处理方式。图.为其相应的夏季工况空气处理过程的焓湿图。两图中的空气状态点起一一对应的。该系统是一种典型的固定露点温度控制法。在这里,房间内的相对湿度控制只是在冬季才由
