基于温度补偿的室内空调热环境焓值控制方法

一、焓值的概念

空气是多种气体的混合物，其中除了水蒸气外的气体混合物称为干空气，干空气和水蒸气的混合物称为湿空气，一般空调处理的都是湿空气。空气中的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓。工程中简称为焓，是指一千克干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和。

空气的焓[1]是组成湿空气的干空气的焓与水蒸气的焓之和。湿空气的焓也以1kg干空气作为计算基准，用id代表1kg干空气的焓，iv代表1kg水蒸气的焓。因为在含有1kg干空气的湿空气中，水蒸气的含量为d×10-3kg，所以含有1kg干空气的湿空气，即（1+d×10-3）kg湿空气的焓i（kJ/kg）为

其中：h—焓值，kJ/kg；

t—温度，℃；

d—含湿量，g/kg。

在工程上，我们可以根据一定质量的空气在处理过程中比焓的变化，来判断空气是得到热量还是失去了热量。空气的比焓增加表示空气中得到热量；空气的比焓减小表示空气中失去了热量。

由式（1）可明显看出，空气焓值增加与否并不只由温度决定，湿度指标含湿量d的变化情况也要考虑在内，而我们一般所说的空气多指湿空气，其焓是由显热和潜热组成的，因而作为显热指标的温度升高，却并不一定会导致空气焓值的增加。通常情况下，我们可以把湿空气的焓看成湿空气所具备的能量，因为一般空调系统在处理空气时，不论是对它进行加热加湿还是冷却除湿，都可以把它的这种状态变化过程近似看作是定压过程，在这种条件下，焓差及质量流量就可作为衡量空气中进入或流失热流量的唯一指标。

二、焓值控制与温度补偿的关系

室外温度补偿[2]是根据室外温度的变化情况，对于整个空调系统的工作情况进行调整，如采取全新风或最小温差送风等，以求在保证室内热湿环境要求的前提下，充分利用自然能量以减少机组能耗来达到节能减排的目的。至于焓值控制，正是实现室外温度补偿的手段之一，通过对室内外热湿环境温湿度的监测，在比较室内外焓值、温差的基础之上，利用软件程序控制空调系统选择在满足室内热湿环境要求情况下以较为节能的方式运行。

室外温度补偿特性曲线如图1所示。

图1 室外温度补偿特性曲线注：KW—冬季补偿比；KS—夏季补偿比

当室外温度低于10℃的时候，室外温度的降低会使得室温设定值进行适当的提高，用来补偿如窗、墙等建筑物因为室外传热温度偏低所形成的冷辐射对人体所产生的影响；而在普遍温度高于20℃的夏季工况，随室外温度的升高室内温度反而是进行有限度的线性上升的，如此可以使得由于室内外温差太大而产生的冷热冲击情况被消除，不仅达到节能要求，也使得人体舒适感大大提高。当室外温度为10℃到20℃时，控制器设定值浮动，系统既不加热也不冷却，室温处于浮动状态。

三、焓值控制原理

空调工程上最常使用的是一次回风定风量系统，其夏季空气处理流程如图2。

图2 一次回风定风量系统夏季空气处理流程

焓值是衡量空气的冷量和热量的依据，可以作为空调系统中空气状态变化的指标。按能量考量，可列出以下热平衡方程

其中：GO、GW、GN、GE分别是送、新、回、排风量；iO、iw、iN、iE分别是送、新、回、排风焓值；Q是冷负荷；L是空调提供的冷量；m是新风比。

联合式（2）、式（3）可以推导出

由式（4）可以看出，空调提供的冷量L为室内冷负荷Q与新风负荷mGO（iW－iN）之和，在室外焓iw小于室内焓iN的过渡季节，可用调节新风比m的办法来消除室内变化的冷负荷Q，如采取全新风或最小温差送风等，从而使得L值无限趋近甚至等于零，如此可尽可能大地提高在送入室内的冷/热量中自然冷/热源所占的比例，可以自然而然地减少人工冷/热源的耗能量，这作为一种重要节能方法，已越来越受到空调厂家的重视。

四、焓值控制实现路径

根据温度补偿及焓值控制的原理，可利用PIC16F76单片机作为中央处理器，形成控制系统，并将主要参数温度、湿度等反馈至操纵面板的显示屏上，以达到实时监测和空调系统自适应变工况运行的效果，既满足了人们对于舒适度的要求，又节能，其焓值控制原理逻辑图如图3。

图3 焓值控制原理逻辑图

所有测量值输入至PIC16F76单片机后，经过单片机程序运算处理，会在OCM-1液晶显示器显示出相应的数值和单位，利用测得的温度、湿度在公式中计算出焓值，进行室内外焓值比较，进行比例运算与选择信号进行比较，然后通过两个型号DS2Y-S-DC5V的继电器输出DC 0～5V的焓比较信号，以控制相应执行器，从而达到焓值控制的目的。

文章来源：《节能与环保》 网址: http://www.jnyhbzz.cn/qikandaodu/2020/0819/374.html