带冷凝热回收的直流变频恒温恒湿空调机组热湿分控方法研究
摘 要
普通空调器仅能够对温度有效控制，而恒温恒湿空调机组是一种温湿度都能
精确控制的空调机组。
恒温恒湿技术中含有二次加热二次加湿的过程，能耗问题严重，需要采用合
理的方法解决，恒温恒湿空调的温湿度控制精度有局限性，如何提高温湿度控制
精度和扩大温湿度控制范围，实现热湿分控，是需要不断研究的内容。
本文经过详细的理论分析和实验验证，提出了一种带有冷凝热回收的直流变
频恒温恒湿空调热湿分控方案。主要工作是：对恒温恒湿空调空气处理过程详细
分析，根据恒温恒湿空调的原理和特点，设计了空调机组的系统原理图；完成了
恒温恒湿空调设计计算和选型计算；分析研究了恒温恒湿空调的控制逻辑，经过
不断改进最终设计出了能够实现热湿分控的恒温恒湿空调的控制方法；通过 Lab
view 软件编写控制程序，在制成机组上反复实验，实现了将显热和潜热负荷区分
开控制的目的,使恒温恒湿空调机组的控制精度和范围达到了一定的高度。
本恒温恒湿空调机组能够控制的进出风温度差约为 2.5℃-11℃，含湿量差约为
4.5g/kg。温度控制精度是±0.2℃，含湿量控制精度是±0.2g/kg。恒温恒湿空调机
组在对热湿负荷控制过程中反应迅速，控制稳定，精度高。
关键词： 恒温恒湿、热湿分控、直流变频、冷凝热回收
ABSTRACT
The ordinary air conditioner is only able to control temperature, while a constant
temperature and humidity unit which can precisely control temperature and humidity is
an air conditioning unit.
The techniques of air temperature-humidity contain reheating process, during
which the energy consumption problem is serious, and therefore needs reasonable
solutions to sole. In addition, the control accuracy of air temperature and humidity in
the temperature and humidity conditioner is limited. So how to improve the accuracy,
expand the temperature - humidity control range, and realize the temperature-humidity
separate control are the contents which need to study further.
After this detailed theoretical analysis and experimental verification, we propose a
condensing heat recovery with a DC inverter air-conditioning unit temperature-humidity
separate control program. The main jobs are: detailed analysis of air handling
procedures ; based on the principles and characteristics of air temperature and humidity,
designing the schematic of the air conditioning machine; completing air-conditioning
unit design calculations and sizing; analysis of the thermostat air humidity control logic;
through continuous improvement , achieving the final design of the control method to
control heat and moisture separately out of the constant air temperature - humidity
machine ;by writing the control program through Labview software ,and having made
repeated experiments on the machine, we have achieved the control purposes to control
the sensible heat and latent heat load respectively, as a result ,the control accuracy and
range of the air conditioning units go up to a certain height as well.
The difference in the air temperature going both in and out of the entrance to the
conditioning units, which can be controlled , is about 2.5℃-11℃, moisture content
difference being about 4.5g/kg. Temperature control accuracy is±0.2℃, moisture
content control accuracy is ± 0.2g/kg. The air conditioning units for temperature and
humidity gain rapid responses in the process of control, stable control of temperature
and humidity, and high accuracy as well.
Key word: constant temperature and humidity, the temperature
-humidity separate control , DC inverter, condensing heat recovery
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .............................................................................................................1
1.1 概述 ............................................................................................................ 1
1.2 恒温恒湿空调机组热湿分控研究的背景与意义 .................................... 1
1.3 恒温恒湿空调机组发展现状 .................................................................... 2
1.3.1 恒温恒湿空调机组发展现状 ......................................................... 2
1.3.2 恒温恒湿机组研究现状 ................................................................. 3
1.4 本文研究的主要内容 ................................................................................ 4
第二章 恒温恒湿空调机组空气处理过程分析 .....................................................5
2.1 空气热湿处理原理分析 ............................................................................ 5
2.2 空气处理过程分析 .................................................................................... 6
2.2.1 先冷却除湿然后再热 ..................................................................... 6
2.2.2 先冷却除湿然后加湿 ..................................................................... 7
2.3 本章小结 .................................................................................................... 7
第三章 带冷凝热回收的直流变频恒温恒湿空调机组系统原理分析 .................9
3.1 恒温恒湿空调机组简介 ........................................................................... 9
3.2 带冷凝热回收的直流变频恒温恒湿空调系统原理 ............................... 9
3.3 本章小结 ................................................................................................... 11
第四章 恒温恒湿空调机组样机设计 ...................................................................12
4.1 设计理念 ................................................................................................. 12
4.2 结构设计 ................................................................................................. 12
4.3 恒温恒湿空调机组各部件的设计与选型 ............................................. 13
4.3.1 制冷系统热力计算 ...................................................................... 13
4.3.2 压缩机设计选型 .......................................................................... 14
4.3.3 蒸发器设计计算 .......................................................................... 15
4.3.4 冷凝器设计计算 .......................................................................... 18
4.3.5 再热换热器的设计计算 .............................................................. 20
4.4 恒温恒湿空调机组配置清单 ................................................................. 21
4.5 本章小结 .................................................................................................. 22
第五章 恒温恒湿空调机组热湿分控逻辑 ...........................................................23
第一章 绪论
1
第一章 绪论
1.1 概述
普通空调器通过调整自身运行状态，能够使环境温度达到一定的精度，而对
湿度并不能有效控制。恒温恒湿空调机组是一种即可以对温度精确控制，又可以
对湿度精确控制的空调机组。而且随着我国经济的发展，越来越多的生产和生活
环境对温湿度的要求不断攀升，恒温恒湿空调得到快速发展，成为一种应用广泛
的空调机组。
1.2 恒温恒湿空调机组热湿分控研究的背景与意义
普通人的生活环境并不需要恒温恒湿，对湿度无过分要求, 只需要温度适宜即
可；有些特殊场合需要恒温恒湿环境，比如医院的手术室、精密医疗器械机房和
计算机机房，又比如精密仪器仪表和机械的制造，食品、化妆品和药品的制造等，
这些场合内如果不能使温湿度保持恒定并达到极高的精度，无法使工作正常进行，
造成一系列严重的问题。如何根据需要采用有效手段使温湿度均能达到要求，是
恒温恒湿空调研制的基本的内容。
普通空调器用送风处理房间热湿负荷时，仅以温度为控制目标，容易产生一
些问题：
1. 湿度高而温度不高时，系统无法运行；如果室外温度低湿度高，此时空调
器没有达到启动温度，压缩机不运行而风机运行，从而使室内湿度无法处理。
2. 夏季制冷时，空调同时降温除湿，当室内温度达到设定值后，空调器不再
制冷，仅风机运行达不到除湿效果。
3. 空调器在部分负荷问歇运行的除湿量小于稳态运行时的除湿量[1]。
如果使用普通空调器以控制湿度为目标，通过送风改变房间的余湿，那么温
度产生更大的浮动，得不到有效控制。
因此使用普通空调器并不能有效处理热湿负荷，为了达到对温湿度分别控制
的目的必须采用更加广泛的技术手段。
恒温恒湿空调机组为了使室内环境的温湿度可控，一般采用加热加湿、降温
除湿等手段处理温湿度，即便具体实施方法不同，技术却基本类似。目前，恒温
恒湿空调大多采用冷却除湿加再热的空气处理方法控制温湿度。即先将室内外的
混合空气送入蒸发器，经过蒸发器的处理，混合空气降温除湿除去多余的水分，
然后根据室内环境的热湿比，使用电加热等手段将空气再热，使空气温湿度达到
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室内要求的热湿比线上，最终送入室内消除多余的热湿负荷。整个过程中如果湿
度不足，可增设加湿器加湿。为了使温湿度达到所要求的精度，实时调整机组能
力适应不断变化环境热湿负荷，必须同时设置控制手段不断改变机组运行状态。
这种恒温恒湿技术含有二次加热二次加湿的过程，能耗问题非常严重，需要采用
合理的方法解决；由于空气热湿处理的过程相互关联，如何提高温湿度控制精度
和扩大温湿度控制范围，以及如何实现热湿分控，仍然是需要不断研究的问题。
本文经过详细的理论分析和实验验证，提出了一种新的恒温恒湿空调热湿分
控方案，通过使用变频压缩机、电子膨胀阀和冷凝热回收等技术，有效实现了将
显热和潜热负荷区分开控制的目的。
1.3 恒温恒湿空调机组发展现状
1.3.1 恒温恒湿空调机组发展现状
恒温恒湿空调机组多用于工艺性空调，可分为大、中、小型恒温恒湿空调系统。
小型恒温恒湿空调机组多使用直接膨胀式蒸发器，这种系统在恒温恒湿空调系
统里边最为常用；大中型恒温恒湿常采用水冷表冷器作为冷却方式。
对于小型恒温恒湿空调来说，一般都习惯采用直接蒸发式恒温恒湿空调机组。
直接蒸发式恒温恒湿机组在室内设置干湿球温度探头。夏季运行时，开启制冷系
统，回风和新风先混合后通过蒸发器去湿降温，大致达到所需的机器露点温度后，
再根据干球温度探头测出来的室内实时负荷来控制再加热量。冬季运行时，由干
球温度探头控制电加热器调节加热热量，由湿球温度探头控制电极加湿器的输出，
最终到加湿的目的。
使用水冷表冷器的恒温恒湿空调的空气处理方式可分为固定露点温度和无露
点温度两种方式。固定露点温度控制方式可解释为在夏季工况时，由新风和回风
混合后的空气经表冷处理到固定的机器露点温度，经再热后送至室内，由表冷器
后的露点温度信号控制表冷器的冷却量，使空气经表冷器处理后的状态恒定在设
计机器露点上，由室内的温度信号控制再热量；而无露点温度控制方式可解释为
在夏季工况中，机器露点并不是固定值，而由室内的温度和相对湿度信号直接控
制系统的冷却量和加热量。其固定露点温度控制方式及空气处理过程与直接蒸发
式相类似。在 80 年代后开始比较流行无露点温度的空气处理方式。为了有效地控
制室内的干球温度和相对湿度于所要求的控制精度范围内，室内装有干球温度传
感器和电容式相对湿度传感器。由于加热器和加湿器只能分别与温度和湿度相关，
故可分别单独由温度显示调节器和湿度显示调节器进行控制。但由于表冷器同时
具有降温和去湿两种功能，既影响室内的干球温度，又牵涉到室内的相对湿度，
第一章 绪论
3
所以，需同时由两种信号控制，通过选择器比较，从两种信号中选取其大者，作
为有效信号来控制表冷器的运行。这就表明，如此控制的结果，干球温度和相对
湿度两种控制要求都将得到满足。显然，无露点温度控制方式进步得多。由于无
露点的空气处理方法并非经所有的送风处理在露点温度，因而所需的再热量和冷
热抵消量在某些情况下可能会相对小些，但不可能完全避免。不过实际中选择器
在绝大多数情况下总会选择湿度控制信号，因为送风空气通过表冷器处理进入房
间后，室内温度总不会过高，除非室内显热负荷较大。所以，冷热抵消现象在多
数情况下不会比定露点温度控制方式好[2]。
恒温恒湿空调机组在空气降温、除湿之后的再热形式有很多，比如电加热、
热水和蒸汽加热等。其中热水和蒸汽加热需要有额外的热源，以致电加热成为最
为常用的方式。但是电加热会消耗大量的电能，浪费能源。空调系统中的冷凝热
一般为冷负荷的 1.5 倍，如果作为废热处理会造成空气热污染，会产生城市热岛
效应。如果能将其利用起来无疑会减少大能耗。恒温恒湿空调空气处理过程中的
冷热抵消现象虽然仍然存在，但从节约能耗的角度来讲，这个问题得到了一定程
度的解决[3]。
1.3.2 恒温恒湿机组研究现状
2001 年西安交通大学的王沣浩等人做了除湿空调在变风量模式下的实验研究，
认为变频空调在特定的压缩机供电频率下，有最佳的除湿风量[4]；2008 年西安交
通大学的曹锋等人研究了采用电加热、并联式及串联式冷凝热回收 3种方案节能
效果，最终认为电加热能耗最高，串联式冷凝热回收比电加热节能 30%，并联式
功耗低于串联式系统[5]；2009 年，哈尔滨工业大学的曹琳，江辉民等人研究了变
频恒温恒湿空调样机的动态运行特性。该样机无论在有无额外干扰的情况下,都能
维持温度控制精度为±0.3℃～±0.5℃,相对湿度控制精度为±2 %～±3 %[6]。2010 年，
上海机电设计研究院的周祖毅讨论了恒温恒湿空调系统的空气处理和自动控制方
式，并主张弃用二次加热[7]；2011 年同济大学的张旭、韩星等针对热湿地区的特
点和目前该地区房间空调器遇到的问题，研究开发了一种户式热湿分控空调机组，
该机组可以分开处理室内的显热和潜热负荷，分别调节室内温度和湿度，从而提
高室内舒适度和降低能耗[1]。2012 年，浙江大学的李申等人研制了一套采用温湿
度独立控制装置和 PID 分程控制方法的恒温恒湿空调系统，改善了空调系统表冷
器采用固定露点方法导致热湿补偿损失较大的问题[8]；中国航空规划建设发展有限
公司的李晓谊、肖武、李江龙针对同时存在舒适性空调和工艺性空调的工业厂房，
给出了工艺性空调采用单元式恒温恒湿机时冷源的不同形式，分析了工艺性空调
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作者：牛悦
分类：高等教育资料
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时间：2025-01-09
