高精度恒温恒湿空调最佳控制方法研究_邱育群

ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ’ｓ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎ－ ｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａ－ ｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｅａｔｉｎｇ ｈｕｍｉｄｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄ ｆｏｕｒ ＰＩＤ ｃｈａｎｎｅｌｓ，ｅｃｔ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｃｏｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｅａｔｉｎｇ ｈｕｍｉｄｉ－ ｆｉｅｒ；ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ ＰＩＤ
· ４ ０ ·
下，温度 ＰＩＤ 通 道 能 否 快 速 对 压 缩 机 除 湿 时 所 带 来的冷量变化作出快速响应。
第 １４ 卷
图 ４ 取 消 除 湿 时 预 热 补 偿 功 能 后 的 温 湿 度 控 制 结 果
由 图 ４ 可 以 看 出 ，温 湿 度 在 稍 微 稳 定 一 段 时 间 后 ，均 出 现 大 幅 波 动 。 在 除 湿 过 程 中 ，单 纯 依 靠 ＰＩＤ 环 路 根 据 回 风 温 度 的 变 化 调 节 电 加 热 补 偿 ，由 于 时 滞 过 大 ，导 致 调 节 困 难 ，无 法 满 足 高 精 度 要 求 。 试 验 二 中 因 采 用 了 预 热 补 偿 逻 辑 ，可 以 对 除 湿 时 所 带 来 的 附 加 的 冷 量 进 行 尽 快 补 偿 ，虽 然 补 偿 的 准 确 度 有 限 ，但 可 以 有 效 遏 制 除 湿 需 求 变 化 对 温 度 的 影 响 ，从 而 使 得 温 度 调 节 环 路 可 以 在此基础上达到较高精度的调节目标。 ５ 试 验 五
表 ４ 试 验 三 试 验 数 据 的 置 信 度
设定值
精度
温度
２６ ℃
±０．０８ ℃
相对湿度wk.baidu.com
６０％
±０．５％
温度
２６ ℃
±０．１ ℃
相对湿度
６０％
±１．０％
置信度 ９６．７％ ９７．７％ ９９．１％ ９９．５％
４ 试 验 四 机组主要 配 置 同 试 验 二，各 通 道 的 ＰＩＤ 参 数
按试验三，在 试 验 二 的 基 础 上 取 消 除 湿 时 预 热 补 偿功能，主 要 验 证 在 无 主 动 预 热 补 偿 功 能 的 条 件
表３ 估算出的 Ｐ，Ｉ，Ｄ 参数
环路
Ｐ
Ｉ
制冷 ＰＩＤ０
－１０
６．０
制热 ＰＩＤ１
１３．３
６．０
除湿 ＰＩＤ２
－１４．２
６．０
加湿 ＰＩＤ３
１５．４
６．０
Ｄ ０．０ ０．０ ０．０ ０．０
图３ 采用估算 ＰＩＤ 参数得出的试验结果
图２ ＰＩＤ 参数采用自整定的试验结果
通过监控控制器内部自整定得出的 Ｐ，Ｉ，Ｄ 参 数发现，ＰＩＤ 自整 定 所 得 出 的 参 数 整 定 时 间 过 长， Ｐ 补偿过 大，振 荡 剧 烈 （见 表 １），温 度 点 分 散。 从 ９ ３６０个 数 据 中 按 ９５％ 置 信 度 统 计，温 度 精 度 为 ±０．２１ ℃，相对湿度 精 度 为 ±５％（见 表 ２）。 由 此 可以看出，自 整 定 ＰＩＤ 参 数 调 节 会 导 致 整 个 控 制 振 荡 剧 烈 ，不 适 用 于 高 精 度 恒 温 恒 湿 空 调 。
普通恒温恒湿空调因为采用较常规配置和控 制手段，如普 通 涡 旋 式 压 缩 机、电 极 加 湿 器、有 级 电加热控制等，其温 度 和 湿 度 的 精 度 不 高，甚 至 在 运行过程中会出现因为负荷的变化产生较大的跳 变等问题，只 适 用 于 对 温 湿 度 精 度 要 求 不 是 很 高 的一般舒适性应用 场 合，不 适 用 于 精 密 电 子 机 械、 动物试验室等对温湿度精度要求较高的场所。
可 见，常 规 的 采 用 回 风 温 湿 度 与 设 定 温 湿 度 直接控制制 冷、制 热、加 湿、除 湿 的 方 法 和 常 规 的 电极 式 加 湿 器 配 置 不 适 用 于 高 精 度 恒 温 恒 湿 要求。
在 持 续 加 湿 工 况 下 相 对 湿 度 出 现 大 波 谷，是 由于电极式加湿器产生泡沫导致加湿量不足甚至 严重不足，而 从 加 湿 器 识 别 到 泡 沫 产 生 再 到 泡 沫 基本解决 的 时 间 太 长，导 致 湿 度 持 续 走 低。 因 此 可见，电极 式 加 湿 器 应 用 于 高 精 度 恒 温 恒 湿 空 调 存在其本身固有的弊端。
电子工 业、仪 器 仪 表、精 密 机 械、生 物 工 程、食 品饮料、医 药 卫 生 等 场 所 的 温 湿 度 精 度 将 直 接 影 响其仪器 仪 表 的 测 量 精 度 和 使 用 寿 命，这 些 行 业 的迅速发展使其对高精度恒温恒湿空调的市场需 求越来越 迫 切。 笔 者 通 过 试 验，总 结 高 精 度 恒 温 恒湿空调机组的最佳配置方案和控制方法。 １ 试 验 一
６ 结 论 经 过 试 验 对 比 分 析，高 精 度 恒 温 恒 湿 空 调 的
最佳控制方法为： １）制 冷、制 热、除 湿、加 湿 采 用 ４ 通 道 独 立
ＰＩＤ 控制回风或房间干球温度和相对湿度； ２）采用估算的 ＰＩＤ 参数预整定后根据运行状
态微调； ３）采 用 除 湿 预 热 补 偿 功 能 ； ４）采用工作模式切换时 ＰＩＤ 环路输出防跳变
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ
Ｑｉｕ Ｙｕｑｕｎ Ｏｕｙａｎｇ Ｔｉ Ｌｉｕ Ｗｅｎｂｉｎ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｓｈｅｎｌｉｎｇ Ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）
机 组 制 冷 系 统 配 置 数 码 涡 旋 式 压 缩 机、翅 片 式电加热器（配套 可 控 硅 进 行 无 级 调 节）和 电 极 式 加湿器，在 控 制 程 序 上 采 用 回 风 温 湿 度 与 设 定 温
湿度的比较 直 接 控 制 机 组 制 冷、制 热、加 湿、除 湿 等各个空气处理过程。
表 ２ 从 ９ ３６０ 个 数 据 中 按 ９５％ 置 信 度 的 统 计 精 度
设定值
精度
置信度
温度
２５ ℃
±０．２１ ℃
９５．１％
相对湿度
５０％
±５％
９５％
３ 试 验 三 机组主要 配 置 同 试 验 二，采 用 ＰＩＤ 参 数 估 算
值（参考设定值 ２５ ℃ 和 ５０％，估 算 出 的 ＰＩＤ 参 数 如表３所示 ），与 ＰＩＤ 自 整 定 得 出 的 Ｐ，Ｉ，Ｄ 参 数 相比相差甚远，在估算 ＰＩＤ 参 数 时，因 考 虑 受 控 房 间平时负荷变化不 大，需 要 降 低 响 应 速 度，提 高 稳 定性，因此将Ｉ 均设为６，试验结果如图３所示。
表１ ＰＩＤ 自整定得出的 Ｐ，Ｉ，Ｄ 参数
环路 制冷 ＰＩＤ０
Ｐ －３８．２６８ ２
Ｉ １７．２１３ ２８
Ｄ ０．０
由 图３ 可 以 看 出 ，除 相 对 湿 度 曾 出 现 一 次 大 波 动外，基本 都 处 于 稳 定 的 控 制 范 围 内。 波 动 在 各 种模式相 互 切 换 时 出 现，被 控 量 集 中 在 设 定 值 周 围，控制效果好，见表４。从测试结果得 知，在 同 样 的工作模式 下，采 用 估 算 的 整 定 值 比 ＰＩＤ 自 整 定 所 得 的 整 定 值 在 温 、湿 度 控 制 精 度 上 大 幅 度 提 高 。
收 稿 日 期 ：２０１３－１２－３０ 作者简介：邱育群，本科，高级工程师，研究所所长，主要研究方向为中央空调高精度与节能控制及监控 。
第 １０ 期
邱育群 等：高精度恒温恒湿空调最佳控制方法研究
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图 １ 采 用 回 风 温 湿 度 与 设 定 温 湿 度 差 值 控 制 机 组 制 冷 、制 热 、加 湿 和 除 湿
图 ５ 增 加 小 负 荷 下 工 作 模 式 切 换 抗 扰 措施后的温湿度度控制结果
表 ５ 试 验 五 试 验 数 据 的 置 信 度
设定值
精度
温度
２５ ℃
±０．１ ℃
相对湿度
５０％
±０．４％
温度
２５℃
±０．１ ℃
相对湿度
５０％
±１．０％
置信度 ９６．０％ ９５．０％ ９９．９％ ９９．９％
机组 主 要 配 置 同 试 验 二，各 通 道 的 ＰＩＤ 参 数 同试验三，在 试 验 二 的 基 础 上 增 加 了 小 负 荷 下 工 作模式切换导致输出跳变使得被控量大幅度波动 的相关解决措施，若 运 行 中 出 现 环 路 启 动，将 初 始 的输出值作为减数 常 量，使 得 实 际 输 出 归 零，在 此 基础上进行 ＰＩＤ 调 节。 在 调 节 过 程 中，再 缓 缓 将 减 数 常 量 恢 复 ，以 免 影 响 最 大 输 出 量 。
图５ 所 示 为 根 据 回 风 温 湿 度 ４ 通 道 ＰＩＤ 控 制，在小 负 荷 工 作 模 式 频 繁 切 换 下 的 测 试 结 果。 从４４ ６４０ 个 数 据 中 以 ９５％ 和 ９９％ 的 最 低 置 信 度 为标准，从 表 ５ 可 以 看 出 其 测 试 结 果 满 足 精 度 要 求 ，工 作 模 式 切 换 导 致 波 动 的 问 题 得 以 解 决 。
试验采集数据见图１。由图可知，在 温 度 控 制 精度较高 且 平 稳 的 情 况 下，相 对 湿 度 会 出 现 大 波 谷。温度控制虽然平稳，但 精 度 也 只 能 达 到 ±０．５ ℃；相 对 湿 度 在 去 掉 大 波 谷 的 情 况 下，精 度 为 ±５％ ，与 实 际 目 标 相 差 甚 远 。
２ 试 验 二 机组主要配置是在试验一的基础上将电极式
加湿器改 为 电 热 式 加 湿 器，将 试 验 一 中 的 控 制 方 法改成制冷、制 热、加 湿、除 湿 ４ 通 道 独 立 ＰＩＤ 控 制回风或 房 间 干 球 温 度 和 相 对 湿 度，同 时 制 热 通 道增加除 湿 预 热 补 偿 功 能，以 使 温 度 调 节 能 够 快 速跟上压 缩 机 除 湿 所 带 来 的 冷 量 变 化，压 缩 机 的 输出按制 冷 和 除 湿 需 求 最 大 者 进 行 投 入，试 验 结 果如图２所示。
功能。
参考文献
［１］ 李士勇．模糊控制、神经控 制 和 智 能 控 制 论 ［Ｍ］．哈 尔 滨 ：哈 尔 滨 工 业 大 学 出 版 社 ，１９９８：１２６－２００．
［２］ 韩宝琦，李树林．制 冷 空 调 原 理 及 应 用 ［Ｍ］．北 京：机 械 工 业 出 版 社 ，１９９５：３２６－３４０．
第１４卷 第１０期 ２ ０ １ ４ 年 １ ０ 月
ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ－ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
３８－４０
高精度恒温恒湿空调最佳控制方法研究
邱育群 欧阳惕 刘文彬
（广 东 申 菱 空 调 设 备 有 限 公 司 ）
摘 要 针对不同制冷系统配置及控制方法，对恒温恒湿 空 调 系 统 进 行 对 比 试 验，结 果 表 明，采 用 容 量 可 调 的 数 码涡旋式压缩机和电热式加湿器，以及４通道独立 ＰＩＤ等的控制方法可以大幅提高恒温恒湿空调的控制精度。 关键词 恒温恒湿空调；电热加湿；预热补偿；多通道 ＰＩＤ