一种以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法。

背景技术

纺纱厂通常使用喷水室作为车间空调系统的冷源系统，为了维持车间恒温恒湿的生产工艺所需环境，夏季高温(或高温高湿)时通常采用制冷机制取冷冻水并与喷水室循环水池组网。喷水室喷淋低于空气露点温度的低温水来处理车间回风和新风混合后的高温空气，以实现降温除湿(有时需要加湿)的空气处理过程。然而，纺纱车间环境的干扰因素较多，如天气变化、机器设备开机率的变动、纺纱产品的不同对温湿度的不同要求导致的空调系统设置参数的改变以及棉包运输导致的车间外环境空气的大量侵入等都会引起纺纱车间温湿度的波动。

纺纱厂一般采用简单的PLC进行空调系统的自动控制，通过调控冷水阀、新风窗、二回风窗、水泵频率和风机频率以维持车间温湿度的稳定。由于纺纱产品对湿度的敏感性较大，对纺纱产品的质量和生产工艺的连续性均有较大影响，因此，一般采用“湿度优先”的控制原则对车间温湿度进行调控。夏季空调系统使用冷冻水时，由于车间外环境的新风对车间的温湿度影响较大，纺纱车间新风窗的开度一般固定在10％不变，用最小新风量以满足纺纱车间职业卫生等对新风的需求。但是，夏季夜间到凌晨时段车间外环境空气温度较低，若仍固定10％的新风窗开度则不能利用新风的冷量降温，增加了空调系统制冷机的能耗。

当前，纺纱车间夏季空调冷冻水控制一般和车间温度相关联，即高温时增大冷水阀开度，低温时减小冷水阀开度，对于湿度控制则采用二回风窗、水泵和风机序列控制的方式，此种调控方法没有考虑到喷淋水温度、冷水量对除湿的重要作用，从而导致了车间湿度的波动。此外，在已有成果方面，对纺纱车间夏季空调系统冷冻水的调控问题的研究报道极少。目前以喷水室为冷源系统的纺纱空调系统夏季冷冻水控制方法存在明显的局限性。

综上所述，传统以喷水室为冷源系统的夏季纺纱空调系统调控方法普遍存在车间温湿度波动大、湿度控制不稳定和能耗高的问题。

发明内容

针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法，以提高纺纱车间温湿度控制的稳定性和控制精度并降低能耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案。

本发明提供一种以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法，包括：

根据纺纱车间温湿度传感器采集的车间实时温湿度数据计算纺纱车间的实际露点；所述车间实时温湿度数据包括车间实时温度和车间实时相对湿度数据；

计算实际露点与车间设定温湿度所对应的设定露点之间的露点差；

计算车间实时温度与车间设定温度之间的温差；

根据露点差和温差调节冷水阀开度；所述冷水阀设置在通往循环水泵吸入口的冷水管上；

计算车间实时相对湿度与车间相对湿度设定值之间的相对湿度差值；

根据喷水室温度传感器采集的喷淋水温计算喷淋水温与设定露点之间的温度差值；

根据相对湿度差值和温度差值进行二回风窗、冷风窗、水泵和风机的序列控制；所述冷风窗设置在纺纱空调系统的喷水室与二回风窗之间；

根据新风温湿度传感器采集的新风实时温湿度数据计算出新风焓值和新风含湿量；

根据回风温湿度传感器采集的回风实时温湿度数据计算出回风焓值；所述回风温湿度传感器安装在纺纱空调系统的一回风管内；

计算回风焓值与新风焓值之间的新回风焓差；

计算车间设定温湿度所对应的车间含湿量以及设定露点处焓值；

根据新风含湿量、回风焓值、新回风焓差、车间含湿量以及设定露点处焓值控制新风窗开度。

可选地，所述计算车间实时温度与车间设定温度之间的温差之后，还包括：

根据温差Δt设定温度信号变采样周期；若|Δt|≤0.5，则设置温度信号的采样周期为5s；若0.5<|Δt|≤1，则设置温度信号的采样周期为10s；若1<|Δt|，则设置温度信号的采样周期为15s。

可选地，所述根据露点差和温差调节冷水阀开度，具体包括：

若露点差Δt

按露点差调节冷水阀开度时，若Δt

按温差调节冷水阀开度时，若Δt>0，则PLC控制冷水阀开度增大；若Δt<0，则PLC控制冷水阀开度减小。

可选地，所述根据相对湿度差值和温度差值进行二回风窗、冷风窗、水泵和风机的序列控制，具体包括：

若相对湿度差值

若相对湿度差值

若相对湿度差值

若相对湿度差值

可选地，所述冷风窗能够在5～100％范围内调节进入喷水室的风量。

可选地，所述根据新风含湿量、回风焓值、新回风焓差、车间含湿量以及设定露点处焓值控制新风窗开度，具体包括：

计算回风焓值与设定露点处焓值之间的差值作为基准焓差Δi

计算新风含湿量与车间含湿量之间的含湿量差值Δd；

若新回风焓差Δi≤0，此时设置新风窗开度为10％；

若Δi>0，则根据含湿量差值Δd控制新风窗开度。

可选地，所述根据含湿量差值Δd控制新风窗开度，具体包括：

若Δd≤0，按公式θ＝100×Δi/Δi

若Δd>0，按公式θ＝100×Δi/2Δi

可选地，新风窗开度的调整速率为每1分钟调整1％的新风窗开度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法中，根据露点差和温差调节冷水阀开度的冷冻水调控方法同时兼顾了车间温度和车间湿度的调控，提高了车间温湿度调控的稳定性；在喷水室喷淋水温与车间设定露点比较的基础上确定空气处理过程是加湿还是除湿，然后再进行空调系统的调控动作，调控过程更加精细、合理；本发明采用变新风窗开度的方法，相较于固定10％新风窗开度不变的策略，能充分利用新风的冷量减少制冷机的能耗。本发明通过在纺纱空调系统的喷水室与二回风窗之间增设冷风窗，还可以有效改变喷水室空气处理的液气比，提高冷却除湿的效果。

此外，本发明针对纺纱车间大空间、热惯性的特点，根据温差确定温度信号的变采样周期法，避免了误差累积，防止了超调，利用了温度的稳定在一定程度上对温湿度调控进行了解耦，能够进一步提高纺纱车间温湿度控制的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明纺纱空调系统的整体结构示意简图；

图2为本发明以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法流程图；

图3为本发明冷冻水调控方法示意图；

图4为本发明车间相对湿度调控方法示意图；

图5为本发明中新风利用原理的焓湿图；

图6为本发明中新风窗开度调控方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明旨在解决以喷水室为冷源系统的夏季纺纱空调系统调控所导致的车间温湿度波动大，湿度控制不稳定问题；以及夏季制冷机运行时车间新风窗开度10％固定不变而没有充分利用新风冷量所引起的制冷机能耗问题。本发明在喷水室尾部送风管道增设一个调节风窗(冷风窗)的基础上，提出一种以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法，并提出了新风利用策略，能够保持车间温湿度的稳定，减少湿度的波动以保证恒温恒湿的纺纱车间环境，提高纺纱车间温湿度控制的稳定性和控制精度并降低能耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明纺纱空调系统的整体结构示意简图，如图1所示，纺纱空调系统包括纺纱车间所普遍装备的传感器、动力设备、调控机构，包括新风窗、喷水室、送风机、送风管道、送风末端、回风管道、除尘器、排风机、二回风管、二回风窗、一回风管、一回风窗、排风窗、温湿度传感器、温度传感器、PLC自控系统等，本发明方法需另外增设一冷风窗。

如图1所示，送风机(本发明也简称风机)位于喷水室尾部，将喷水室处理后的空气经送风管道与二回风管的空气混合后经送风末端送入车间，车间内安装有温湿度传感器。高温空气通过回风管道，经过除尘器过滤后，经排风机通过排风管道分成三部分，一部分直接排出车间外，一部分经二回风管返回车间，另一部分经一回风管与新风混合后进入喷水室。喷水室内安装有温度传感器，新风窗附近的新风管道内以及一回风窗附近的一回风管内均安装有温湿度传感器。PLC自控系统(简称PLC)的位置不固定，通常设置在喷水室旁，PLC即可编程控制器，采集温湿度传感器信号，通过PID算法对车间相对湿度、温度、新风窗开度、冷水阀进行控制，将控制信号通过线路传输给变频器或阀、风窗的执行器，来执行相关动作。

喷水室内有一循环水池，循环水泵(本发明也简称水泵)将水池内的循环水通过喷淋管、喷嘴将水雾化为液滴与空气进行热湿交换，将高温空气处理为低温高湿的空气。在循环水泵的吸入口接有冷冻水管，其上有冷水阀，夏季制冷机开启时，冷冻水通过冷水阀控制流量进入水泵的吸入口与水池内的循环水混合喷出。喷水室处理后的低温空气经送风机进入送风管道，与二回管道的高温空气混合进入纺纱车间，通过送风末端送入车间。纺纱车间内纺纱机散发的热量使车间内空气温度升高相对湿度减小(也有车间湿度大的情况)，送入车间的低温高湿(或低湿)空气与车间的高温低湿(或高湿)空气混合，维持车间的温湿度稳定。

图2为本发明以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法的流程图，参见图2，本发明一种以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法，包括：

步骤1：根据纺纱车间温湿度传感器采集的车间实时温湿度数据计算纺纱车间的实际露点；所述车间实时温湿度数据包括车间实时温度和车间实时相对湿度数据。

纺纱车间内安装的温湿度传感器能够实时采集车间实际的温度t(℃)和相对湿度

露点采用经验公式计算得出，即：

t

P

式中t

步骤2：计算实际露点与车间设定温湿度所对应的设定露点之间的露点差。

由纺纱车间温湿度传感器采集的实时温湿度数据计算出实际露点t

Δt

步骤3：计算车间实时温度与车间设定温度之间的温差。

由纺纱车间温湿度传感器采集的实时温度t和车间设定温度t

Δt＝t-t

根据温差Δt，本发明还提供一种温度传感器信号变采样周期的确定方法，总体思路为温差越大Δt，设置的温度信号采样周期越长。具体地，若温差|Δt|≤0.5，温度传感器信号的采样周期为5s；若0.5<|Δt|≤1.0，则温度传感器信号的采样周期为10s；若1<|Δt|，则温度传感器信号的采样周期为15s。此处温度传感器信号既指单个温度传感器所采集温度信号，也指温湿度传感器所采集温度信号。

步骤4：根据露点差和温差调节冷水阀开度。

如图1所示，所述冷水阀设置在通往循环水泵吸入口的冷水管上，用于控制冷水流量。如图3所示，本发明提供的冷冻水调控方法具体包括以下过程：若露点差的绝对值大于温差的绝对值，即|Δt

步骤5：计算车间实时相对湿度与车间相对湿度设定值之间的相对湿度差值。

由车间温湿度传感器采集的实时相对湿度数据

步骤6：根据喷水室温度传感器采集的喷淋水温计算喷淋水温与设定露点之间的温度差值。

由喷水室温度传感器采集的喷淋水温数据t

Δt

步骤7：根据相对湿度差值和温度差值进行二回风窗、冷风窗、水泵和风机的序列控制；所述冷风窗设置在纺纱空调系统的喷水室与二回风窗之间。

本发明纺纱空调系统调控方法需在喷水室尾部送风管道与二回风窗之间设置一个冷风窗，所述冷风窗能够在5～100％范围内调节进入喷水室的风量。如图4所示，纺纱车间相对湿度的调控方法包括以下过程：若相对湿度差

其中水泵和风机的上下限频率是可以调整的，由实际纺纱车间根据工艺需要而设置，不是一个定值。通常情况下水泵的上限频率是50Hz，下限频率是0；送风机的上限频率是50Hz，下限频率15～25Hz，下限频率不是定值，各个厂车间不同。

步骤8：根据新风温湿度传感器采集的新风实时温湿度数据计算出新风焓值和新风含湿量。

新风温湿度传感器安装在图1所示新风窗附近的新风管道内，根据新风温湿度传感器采集的新风实时温湿度数据计算出新风焓值。焓值的计算式为：

i＝1.01t+0.001d(2500+1.84t) (8)

式中i表示焓值，单位kJ/kg；t为温湿度传感器实测温度，单位℃；d为含湿量，g/kg。

d＝622P

式中P为大气压1013.25hPa，P

步骤9：根据回风温湿度传感器采集的回风实时温湿度数据计算出回风焓值。

如图1所示，所述回风温湿度传感器安装在纺纱空调系统的一回风管内。先将回风温湿度传感器采集的回风实时温湿度数据代入公式(2)和(3)计算P

步骤10：计算回风焓值与新风焓值之间的新回风焓差。

由新风温湿度传感器计算出新风焓值i

步骤11：计算车间设定温湿度所对应的车间含湿量以及设定露点处焓值。

计算车间设定温湿度所对应的露点处焓值i

计算回风焓与露点焓的差值作为基准焓差：

Δi

步骤12：根据新风含湿量、回风焓值、新回风焓差、车间含湿量以及设定露点处焓值控制新风窗开度。

图5给出了本发明新风利用原理的焓湿图。焓湿图是暖通行业常用的确定湿空气状态及变化过程的以焓和含湿量为坐标的湿空气性质图。新风及回风状态点即通过新风、回风的温湿度在焓湿图上确定的点，这些点确定后等焓线就确定了，就是通过这些点的135度角的斜直线，或直接做出和焓湿图中已知等焓线的平行线。新风窗最小开度区是指车间外界新风焓值大于车间回风焓值时，新风窗保持10％开度(或者由纺纱厂设置的最小开度)，以引进车间新风满足车间卫生的基本要求。开启冷冻水区是指温度较高的天气时，车间新风窗100％开度且水泵、风机均工频运转时，车间温度已超过纺纱工艺要求的最高温度要求时，则必须开启制冷机，利用冷冻水降温除湿。通常外界新风状态点在全新风等焓线右侧就可以开启冷冻水了，即开启冷冻水区。

图4中所述的设定参数是指纺纱车间的温湿度的设定值。图4给出的新风利用原理焓湿图是为了说明本发明的新风窗调控方法，当夏季来临温度升高时，纺纱空调控制系统需要不断增加新风窗开度引入车间新风，经喷水室降温加湿处理后送入纺纱车间以抵消纺纱设备散发到车间的热量，维持纺纱车间恒温恒湿的车间环境。当新风窗开度100％时，车间送风机频率提高到工频运行，达到了系统的最大新风量，喷水室水泵频率也提高到工频运行时(若未达到工频运行，也存在纺纱厂人为开启制冷机的可能)，车间温度超过了纺纱产品所需温度范围或工作人员车间卫生条件的要求，此时的新风状态点在全新风等焓线的右侧，即需要开启制冷机制取冷冻水，此时，新风窗开度的调控按照本发明所述方法进行。因纺纱空调喷水室进风是车间回风和新风的混合风，若新风的焓值低于车间回风焓值，即按所述新风调控方法的公式确定新风窗开度，当新风焓值大于等于回风焓值时，按新风窗10％的最小开度确定。在调控过程中若满足i

图6为本发明新风窗开度调控方法示意图。图中含湿量d

夏季纺纱车间开启冷冻水时，如果外界温湿度高会导致焓值高，将高温空气处理到18～20度的低温空气需要耗费较多的冷冻水，也就是能耗高，所以开启冷冻水时，为了节能通常纺纱厂会把新风窗保持最小开度10％不变。但是在夜晚或阴天时或降温的情况下，新风焓是有可能低于车间回风焓的，这时可以增大新风窗开度提高新风量，此种情况下是节能的。但是车间外空气湿度较大时，过多的新风量引入车间会引起车间环境空气温湿度的波动，尤其是相对湿度较难稳定，而纺纱产品对湿度的要求很严格，为了防止车间相对湿度较大波动，本发明提出了新风状态点满足i

如图5和图6所示，本发明夏季纺纱空调冷冻水开启时新风窗开度调控方法，包括以下过程：

若i

目前以喷水室为冷源系统的纺纱空调系统夏季冷冻水控制方法存在明显的局限性，因此，建立使用冷冻水时纺纱空调系统调控方法及新风利用策略，不仅是车间恒温恒湿的工艺需求，也是纺纱空调系统运行节能的关键技术难题。只要夏季制冷机运行开启冷冻水时，就执行本发明所述的以上纺纱空调系统调控方法，包括冷冻水的调控方法、纺纱车间温度传感器信号采样周期的确定方法、车间相对湿度的调控方法和新风窗开度的调控方法，具体涉及到喷水室进风量调节风窗的设置及各空调设备的调控策略；其中温度传感器信号变采样周期的确定方法是前提，其余方法都是在采集到的温湿度传感器信号的基础上进行的。冷冻水调控方法、相对湿度调控方法和新风窗开度调控方法是三个独立的、并行的回路。

本发明以喷水室冷冻水为冷源的纺纱空调系统调控方法具有如下有益效果：

(1)本发明的冷冻水调控方法同时兼顾了车间温度和车间湿度的调控，提高了车间温湿度调控的稳定性。

(2)针对纺纱车间大空间、热惯性的特点，根据温差确定温度传感器信号的变采样周期法，避免了误差累积，防止了超调，利用了温度的稳定在一定程度上对温湿度调控进行了解耦。

(3)本发明的车间湿度控制方法，在喷水室喷淋水温与车间空气露点比较的基础上确定空气处理过程是加湿还是除湿，然后再进行空调设备的调控动作，调控方法更加合理。

(4)本发明采用变新风窗开度的方法，相较于固定10％新风窗开度不变的策略，能充分利用新风的冷量减少制冷机的能耗。阴雨天时，根据新风的状态点进行新风窗开度的减半处理，有利于车间温湿度的稳定。

(5)本发明通过增设冷风窗，可以有效改变喷水室空气处理的液气比，提高冷却除湿的效果。。

具体地，为了维持车间的气流组织，送入车间的风量有个下限，这就要求送风机运行频率不能低于下限，通常情况下在15～25Hz，视不同纺纱车间而不同。若在夏季开启冷冻水时，车间高湿，通过提高二回风窗开度引入车间高温回风已不能有效降低车间相对湿度时，则采用冷水除湿的原理来降低车间空气的相对湿度。二回风管的风量最大只有总送风量的50～60％，如果喷水室喷出的冷水量不变，则仍有40～50％的回风通过一回风管和新风混合后进入喷水室。如果喷水量不变时处理的空气量小，则液气比提高，喷水室通过喷淋低温冷冻水能有效地处理高温高湿的车间回风，除湿后送入车间。在喷水室和二回风窗之间加设的冷风窗，能将喷水室处理的风量调控到最低5％，这是二回风窗所不能调控的小风量，能显著增大液气比。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

车间设定温度为27℃，相对湿度为60％，车间温湿度传感器实时温度28℃，相对湿度58％，回风温度33℃，回风湿度43％，回风焓68.6kJ/kg，车间外新风温度32℃，新风相对湿度60％，喷水室喷淋水温13℃。PLC自控系统计算温差Δt＝1℃，车间实际露点t

实施例2

车间设定温度为27℃，相对湿度为60％，车间温湿度传感器实时温度28℃，相对湿度63％，回风温度33℃，回风湿度50％，回风焓73.9kJ/kg，车间外新风温度34℃，新风相对湿度65％，喷水室喷淋水温13℃。PLC自控系统计算温差Δt＝1℃，车间实际露点t

实施例3

车间设定温度为27℃，相对湿度为60％，车间温湿度传感器实时温度27.3℃，相对湿度62％，回风温度34℃，回风相对湿度50％，回风焓77.3kJ/kg，车间外新风温度27℃，新风相对湿度66％，喷水室喷淋水温13℃。PLC自控系统计算温差Δt＝0.3℃，车间实际露点t

实施例4

车间设定温度为28℃，相对湿度为58％，车间温湿度传感器实时温度27.3℃，相对湿度62％，回风温度33℃，回风相对湿度49％，回风焓73.1kJ/kg，车间外新风温度27℃，新风相对湿度60％，喷水室喷淋水温13℃。PLC自控系统计算温差Δt＝-0.7℃，车间实际露点t

实施例5

车间设定温度为28℃，相对湿度为58％，车间温湿度传感器实时温度27.7℃，相对湿度57.2％，回风温度33℃，回风相对湿度45％，回风焓69.7kJ/kg，车间外新风温度30℃，新风相对湿度55％，喷水室喷淋水温13℃。PLC自控系统计算温差Δt＝-0.3℃，车间实际露点t

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。