一种基于露点反馈控制的降温除湿防凝露换热装置及方法与流程

本发明涉及换热及空气调节控制，具体为一种基于露点反馈控制的降温除湿防凝露换热装置及方法。

背景技术：

1、在冷水机组、液冷系统以及具有空气调节需求的电气设备使用环境中，通常可以利用低温冷却液与空气进行热交换，以降低空气温度；部分换热装置采用风机驱动空气流经风液换热器，并主要根据回风温度对换热装置的运行状态进行调节，从而实现空气循环和降温；

2、然而，在空气湿度较高或者空气温湿度变化较大的情况下，仅根据回风温度进行调节，难以同时准确反映空气的除湿需求和非预期凝露风险；尤其是在送风区域设置有电气设备时，换热强度不足可能导致空气湿度不能满足使用要求，而换热强度过大又可能使送风温度或者换热装置的局部温度过低，增加送风区域或电气设备表面发生非预期凝露的风险；

3、此外，空气冷凝除湿与抑制非预期凝露对换热状态具有不同要求；增强空气与冷却液之间的换热有利于降低空气温度并促进水蒸气在风液换热器内冷凝，但也可能造成送风温度过低；降低换热强度虽然可以减小非预期凝露风险，但可能削弱降温和除湿能力；现有换热装置采用固定运行参数或者单一温度反馈进行调节时，难以根据空气湿度、冷却液温度和送风状态的变化，对除湿需求与防凝露要求进行协调。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于露点反馈控制的降温除湿防凝露换热装置及方法，以解决上述背景技术中提出的现有换热装置在高湿工况下难以兼顾空气除湿需求与送风防凝露要求的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，提供一种基于露点反馈控制的降温除湿防凝露换热装置，包括风腔、设置于所述风腔内的风液换热器以及设置于所述风液换热器送风侧的送风风机，所述风液换热器的冷却液入口和冷却液出口分别与供液管和回液管连通；

4、所述供液管和所述回液管之间连通有旁通管，所述旁通管上设置有用于调节冷却液旁通流量比例的电动旁通阀；

5、所述风液换热器的供液侧和回液侧分别设置有供液温度传感器和回液温度传感器，所述风液换热器的回风侧设置有露点温度传感器和回风温湿度传感器，所述风液换热器的送风侧设置有送风温度传感器；

6、所述换热装置还包括控制系统，所述控制系统分别与所述送风风机、所述送风温度传感器、所述露点温度传感器、所述回风温湿度传感器、所述供液温度传感器、所述回液温度传感器及所述电动旁通阀连接，所述控制系统用于控制所述送风风机的运行；

7、所述控制系统用于根据所述回风温湿度传感器检测的回风温度和回风相对湿度确定第一露点温度，根据所述露点温度传感器的检测结果获得第二露点温度，并将所述第一露点温度和所述第二露点温度中的较高者确定为控制露点温度；

8、在所述回风相对湿度高于目标相对湿度且所述供液温度传感器检测的供液温度低于所述控制露点温度时，以所述回液温度传感器检测的回液温度和所述送风温度传感器检测的送风温度均不低于所述控制露点温度为控制约束，根据所述回风相对湿度与所述目标相对湿度之间的偏差调节所述电动旁通阀的开度，以改变流经所述风液换热器的冷却液流量与流经所述旁通管的冷却液流量之间的分配比例。

9、作为本发明的进一步技术方案，所述供液温度传感器设置于所述旁通管与所述供液管的连接位置和所述风液换热器的冷却液入口之间；

10、所述回液温度传感器设置于所述风液换热器的冷却液出口和所述旁通管与所述回液管的连接位置之间，以检测流经所述风液换热器且尚未与经所述旁通管流动的冷却液混合的冷却液温度。

11、作为本发明的进一步技术方案，所述控制系统还用于：

12、按照预设开度调节量对所述电动旁通阀的开度进行试探性调节，并在经过预设稳定时间后重新获取所述回液温度和所述送风温度；

13、根据试探性调节前后的所述回液温度和所述送风温度的变化，确定所述电动旁通阀的后续开度调节方向，使所述回液温度和所述送风温度向不低于所述控制露点温度的方向变化。

14、作为本发明的进一步技术方案，所述控制系统用于：

15、将所述供液温度不高于所述控制露点温度减去第一温度裕量作为除湿控制的准入条件；

16、将所述回液温度不低于所述控制露点温度与第二温度裕量之和作为第一防凝露控制约束；

17、将所述送风温度不低于所述控制露点温度与第三温度裕量之和作为第二防凝露控制约束；

18、其中，所述第一温度裕量、所述第二温度裕量和所述第三温度裕量均为2℃，且所述回液温度与所述供液温度之间的温差不小于4℃。

19、第二方面，提供一种基于露点反馈控制的降温除湿防凝露换热方法，应用于第一方面所述的换热装置，包括：

20、通过所述回风温湿度传感器获取回风温度和回风相对湿度，根据所述回风温度和所述回风相对湿度确定第一露点温度，并通过所述露点温度传感器获取第二露点温度，将所述第一露点温度和所述第二露点温度中的较高者确定为控制露点温度；

21、通过所述供液温度传感器获取进入所述风液换热器的供液温度，并在所述回风相对湿度高于目标相对湿度且所述供液温度低于所述控制露点温度时，进入除湿防凝露工作状态；

22、在所述除湿防凝露工作状态下，通过所述回液温度传感器获取流出所述风液换热器且尚未与经所述旁通管流动的冷却液混合的回液温度，并通过所述送风温度传感器获取送风温度；

23、在所述回液温度和所述送风温度中的至少一个低于所述控制露点温度时，增大所述电动旁通阀的开度，以增大经所述旁通管流动的冷却液比例并减小流经所述风液换热器的冷却液比例，使所述回液温度和所述送风温度趋向于不低于所述控制露点温度；

24、在所述回液温度和所述送风温度均不低于所述控制露点温度且所述回风相对湿度仍高于所述目标相对湿度时，减小所述电动旁通阀的开度，以增加流经所述风液换热器的冷却液比例；

25、在减小所述电动旁通阀开度的过程中，周期性获取所述回液温度和所述送风温度，并在所述回液温度和所述送风温度中的至少一个低于所述控制露点温度时，停止减小所述电动旁通阀的开度，并增大所述电动旁通阀的开度；

26、在所述回风相对湿度不高于所述目标相对湿度时，退出所述除湿防凝露工作状态。

27、作为本发明的进一步技术方案，还包括：

28、确定所述第一露点温度与所述第二露点温度之间的露点温度差值；

29、在所述露点温度差值不大于预设露点偏差时，按照所述控制露点温度执行除湿防凝露控制；

30、在所述露点温度差值大于所述预设露点偏差时，输出露点检测异常信号，进入防凝露保护状态，并停止执行减小所述电动旁通阀开度的操作。

31、作为本发明的进一步技术方案，还包括由所述控制系统根据所述回风温度、所述回风相对湿度、所述供液温度、所述回液温度和所述送风温度，控制所述换热装置在通风工作状态、降温工作状态、所述除湿防凝露工作状态和防凝露保护状态之间切换，其中：

32、在所述回风温度不高于目标温度且所述回风相对湿度不高于所述目标相对湿度时，进入所述通风工作状态；

33、在所述回风温度高于所述目标温度且所述回风相对湿度不高于所述目标相对湿度时，进入所述降温工作状态；

34、在所述回风相对湿度高于所述目标相对湿度且所述供液温度低于所述控制露点温度时，进入所述除湿防凝露工作状态；

35、在所述回液温度和所述送风温度中的至少一个低于所述控制露点温度时，进入所述防凝露保护状态；

36、在所述电动旁通阀的开度达到预设开度上限，且所述回液温度和所述送风温度中的至少一个仍低于所述控制露点温度时，停止除湿控制并维持所述防凝露保护状态；

37、在所述回风相对湿度高于所述目标相对湿度、但所述供液温度不低于所述控制露点温度时，维持所述通风工作状态或所述降温工作状态，并输出降低冷却液供液温度的调节请求和/或冷却液不满足除湿条件的提示信号。

38、作为本发明的进一步技术方案，对所述电动旁通阀的开度进行调节，包括：

39、按照预设开度步长增大或者减小所述电动旁通阀的开度；

40、在每次调节所述电动旁通阀的开度后，经过预设稳定时间重新获取所述回液温度、所述送风温度和所述回风相对湿度；

41、在所述回液温度和所述送风温度均不低于所述控制露点温度的情况下，根据重新获取的所述回风相对湿度与所述目标相对湿度之间的偏差，确定保持所述电动旁通阀的当前开度或者继续减小所述电动旁通阀的开度；

42、在所述回液温度和所述送风温度中的至少一个低于所述控制露点温度的情况下，增大所述电动旁通阀的开度。

43、作为本发明的进一步技术方案，还包括：

44、对所述回液温度设置第一控制下限和高于所述第一控制下限的第一控制上限，并对所述送风温度设置第二控制下限和高于所述第二控制下限的第二控制上限；

45、在所述回液温度低于所述第一控制下限或者所述送风温度低于所述第二控制下限时，进入所述防凝露保护状态，并增大所述电动旁通阀的开度；

46、在所述回液温度高于所述第一控制上限且所述送风温度高于所述第二控制上限后，退出所述防凝露保护状态；

47、其中，在所述防凝露保护状态下，防凝露控制优先于除湿控制。

48、作为本发明的进一步技术方案，在所述回风相对湿度高于所述目标相对湿度，且所述供液温度不高于所述控制露点温度减去第一温度裕量时，进入所述除湿防凝露工作状态；

49、在所述除湿防凝露工作状态下，将所述回液温度不低于所述控制露点温度与第二温度裕量之和作为第一防凝露控制条件，并将所述送风温度不低于所述控制露点温度与第三温度裕量之和作为第二防凝露控制条件；

50、其中，所述第一温度裕量、所述第二温度裕量和所述第三温度裕量均为2℃，且所述回液温度与所述供液温度之间的温差不小于4℃。

51、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

52、本发明通过回风温湿度传感器获取回风温度和回风相对湿度，并结合露点温度传感器的检测结果确定控制露点温度，使换热装置能够以回风空气的实际湿热状态作为降温、除湿及防凝露控制的共同基准，有利于提高对空气除湿需求和送风区域非预期凝露风险的识别能力。

53、本发明将供液温度传感器检测的供液温度与控制露点温度进行比较，并在回风相对湿度高于目标相对湿度且供液温度满足低于控制露点温度的条件时执行除湿控制，由此将冷却液是否具备冷凝除湿条件作为除湿控制的准入依据。当供液温度不满足所述条件时，不强制执行除湿控制，有利于避免在冷却液温度不足以形成有效冷凝条件的情况下进行无效调节。

54、本发明利用回液温度传感器检测流经风液换热器后的回液温度，并利用送风温度传感器检测送风温度，将回液温度和送风温度相对于控制露点温度的关系作为防凝露控制约束。其中，回液温度用于反映风液换热器的冷却液换热状态，送风温度用于直接反映送入目标空间的空气温度状态。通过同时采用水侧温度反馈和空气侧温度反馈，有利于降低仅依据单一温度参数进行控制所产生的判断偏差。

55、本发明通过调节设置于供液管和回液管之间的电动旁通阀的开度，改变经旁通管流动的冷却液与经风液换热器流动的冷却液之间的分配比例，并在回液温度和送风温度满足对应防凝露控制条件的范围内，根据回风相对湿度与目标相对湿度之间的偏差调节流经风液换热器的冷却液流量。由此，可以在不改变风液换热器主体结构的情况下，对换热装置的冷却和除湿能力进行调节，使除湿需求与防凝露要求形成相互约束的反馈控制关系。

56、本发明根据电动旁通阀调节前后的回液温度和送风温度变化确定后续调节方向，而不单纯依据预设的阀门开度与温度变化之间的固定对应关系，有利于降低供回液压差、管路阻力及循环状态差异对旁通调节结果的影响，提高换热装置对不同冷却液循环条件的适应性。

57、本发明将防凝露控制设置为除湿控制的优先约束。当回液温度或送风温度不满足对应防凝露控制条件时，控制系统优先限制或者减弱换热装置的除湿能力；在回液温度和送风温度恢复至对应控制范围后，再根据回风相对湿度继续调节电动旁通阀。该控制方式有利于降低为增强除湿能力而导致送风温度过低或者风液换热器整体换热状态过低的风险。

58、本发明还可以根据由回风温度和回风相对湿度确定的第一露点温度与露点温度传感器检测得到的第二露点温度确定控制露点温度。在采用两者中的较高者作为控制露点温度时，可以形成相对保守的防凝露控制边界；在两路露点温度之间的差值超过预设露点偏差时，可以输出露点检测异常信号并限制除湿能力，有利于降低单一露点检测结果偏低或者检测异常对防凝露控制造成的影响。

59、本发明可以分别对回液温度和送风温度设置控制回差，使电动旁通阀在相应温度低于控制下限时执行防凝露调节，并在相应温度高于控制上限后再允许增强除湿能力，由此有利于减少电动旁通阀在控制边界附近频繁往复调节，提高控制过程的稳定性。