热回收系统中排风能量提取装置的启停器及其控制方法与流程

技术特征：

1.一种热回收系统中排风能量提取装置的启停器，其特征在于：包括电源、可编程逻辑控制器plc、声光警报器、触控显示屏、温度传感器以及系统开关，所述电源、声光警报器、触控显示屏、温度传感器均与可编程逻辑控制器plc相连，触控显示屏上包括“常开”、“实时模式”以及“停止运行”三种控制模式，可编程逻辑控制器plc通过系统开关与排风能量提取装置相连。

2.根据权利要求1所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器，其特征在于：所述排风能量提取装置包括蒸发器、冷凝器、喷淋循环水、工质、压缩机、用户端循环水、膨胀机、喷淋水管组、用户端，所述可编程逻辑控制器plc通过系统开关与压缩机相连，工质依次流经蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀机并形成循环回路，喷淋循环水依流经喷淋水管组、蒸发器并形成循环回路，用户端循环水经冷凝器后送至客户端。

3.一种根据权利要求2所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：故障排查；

接通电源后，可编程逻辑控制器plc进行故障排查，若发现故障，声光警报器闪灯并鸣笛，同时自动设置为“停止运行”；若无故障，触控显示屏亮屏；

步骤二：模式选择；具体操作如下：

a)选择“常开”，系统开关闭合，排风能量提取装置持续运行；

b)选择“停止运行”，系统开关断开，排风能量提取装置停止运行；

c)选择“实时模式”，则设定时间间隔n小时，温度传感器将环境温度信号发送至可编程逻辑控制器plc，可编程逻辑控制器plc收到相应温度数据后开始计算系统无因次利润率mdim，将计算结果发送至触控显示屏并进行判定，若mdim>0，系统开关闭合；若mdim≤0，系统开关断开；每隔n小时会再次将温度信号导入可编程逻辑控制器plc2并进行判定，直至更改模式。

4.根据权利要求3所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，所述步骤c)中计算系统无因次利润率的具体过程为：

1)根据现有工程热力学知识，得到空气热泵的吸热流率和供热流率的初始计算公式；

2)计算空气热泵循环内的不可逆性可用压缩机效率ζc和膨胀机效率ζe；

3)根据空气压缩式热泵循环的特性，计算压缩机压比；

4)根据步骤1)至步骤3)，得到空气热泵的吸热流率和供热流率的替换计算公式；

5)计算空气热泵输入流率和输出流率；

6)计算排风能量提取装置利润流率。

5.根据权利要求4所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，所述步骤1)具体过程为：

根据现有工程热力学知识，空气热泵的吸热流率和供热流率计算式为：

φc＝wf(t1-t4)(1)

φu＝wf(t2-t3)(2)

式中：φc和φu分别为空气热泵的吸热流率和供热流率，kw；wf为工质的热容率，kw/k；t4和t1分别为工质在蒸发器中的进、出口温度，k；t2和t3分别为工质在冷凝器中的进、出口温度，k；

而热流率由换热器效率与理论最大换热流率之积得出，则空气热泵的吸热流率和供热流率计算式为：

φc＝ηcφc,max＝ηcmin{wf,wc}(tc,0-t4)(3)

φu＝ηuφu,max＝ηumin{wf,wu}(t2-tu,0)(4)

式中：ηc和ηu分别为冷凝器换热器效率和蒸发器换热器效率，无量纲数；φc,max和φu,max分别为装置的理论最大吸热流率和理论最大供热流率，kw；wc和wu分别为喷淋循环水和用户端循环水的热容率，kw/k；tc,0和tu,0分别为喷淋循环水和用户端循环水的进口温度，k；min{}为最小值函数，指区间{}内的最小值。

6.根据权利要求5所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，所述步骤2)具体过程为：

空气热泵循环内的不可逆性用压缩机效率ζc和膨胀机效率ζe表征，为：

式中：ζc和ζe分别为压缩机效率和膨胀机效率，无量纲数；t2s和t4s分别为工质在冷凝器和蒸发器中的理论进口温度，k。

7.根据权利要求6所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，所述步骤3)具体过程为：

根据空气压缩式热泵循环的特性，得到压缩机压比的计算式如下：

式中：x为压缩机内工质的等熵温比，无量纲数；ε压缩机11的压比，无量纲数；k为工质的绝热指数，无量纲数。

8.根据权利要求7所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，所述步骤4)具体过程为：

令wc,min＝min{wf,wc}，wu,min＝min{wf,wu}联立公式(1～7)，得到空气热泵的吸热流率和供热流率计算式如下：

9.根据权利要求8所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，所述步骤5)具体过程为：

根据现有理论知识，得到空气热泵输入流率和输出流率计算式如下：

ein＝φu-φc(10)

eout＝φu-φc-t0σ(11)

式中：ein和eout分别为空气热泵输入流率和输出流率，kw；t0为环境温度，k；σ为循环的熵产热容率，kw/k；

式(11)中，循环熵产热容率σ的计算方法如下：

式中：tu,1和tc,1分别为喷淋循环水和用户端循环水的出口温度，k。

10.根据权利要求9所述的热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，其特征在于，所述步骤6)具体过程为：

已知利润流率的定义式，即系统输出收益流率与输入收益流率之差，得到排风热回收系统利润流率的计算式如下：

m＝ψouteout-ψinein(13)

式中：m为排风热回收系统的利润流率，kw；ψout和ψin分别为输出率价格和输入率价格，无量纲数；

联立式(8～13)，得到排风热回收系统的利润流率的计算式如下：

式中，

令将利润流率写成无因次的形式，具体操作如下：

式中，mdim为无因次利润流流率，无量纲数；y为输入价格ψin与输出价格ψout之比，无量纲数。

技术总结
本发明公开了一种热回收系统中排风能量提取装置的启停器的控制方法，包括以下步骤：步骤一：故障排查；步骤二：模式选择；a）选择“常开”，系统开关闭合，排风能量提取装置持续运行；b）选择“停止运行”，系统开关断开，排风能量提取装置停止运行；c）选择“实时模式”，温度传感器将环境温度信号发送至PLC，PLC计算系统无因次㶲利润率，将计算结果发送至触控显示屏并进行判定，若无因次㶲利润率大于0，系统开关闭合；否则系统开关断开；每隔n小时再次进行判定，直至更改模式。本发明用于排风热回收系统的启停控制，能避免因环境温度过高导致系统运行产生负收益，显著提高了系统运行总收益，实现了运行管理节能。

技术研发人员：陈世强;张艺才;朱文霞;刘云龙;胡云;彭文庆;田峰;陈永平
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：2021.05.31
技术公布日：2021.08.24