基于TRNSYS的空调系统自动控制仿真器的开发

论文摘要

中央空调在为人们营造舒适的室内环境的同时也带来了巨大的能源消耗,空调节能势在必行。在空调的节能工作中,对新建建筑如何做好空调及其自动控制系统的设计,以及对既有建筑如何对其空调系统实现优化控制,这些问题能否很好地解决对整个系统的能耗影响巨大。若能开发适于研究空调系统及其自动控制系统的仿真器,无论对新建建筑空调及其自动控制系统的设计,还是对既有建筑空调系统的节能运行、节能改造,以及对空调系统的优化控制策略和控制方法的研究等方面,都有着重要的理论意义与实用价值。一些学者尽管已开始这方面的研究,但仍有许多工作有待于进一步完善。本文以TRNSYS软件为基础,开发了空调系统自动控制仿真器。首先,针对空调系统的重要部件—空调表冷器,应用分段集总参数方法建立了其状态空间模型,仿真研究了表冷器在通水状态和断水状态下的动态换热特性。结果表明,空气侧流速扰量对风机盘管表冷器换热量影响最大,随空气流速的增加,盘管表冷器换热量增长率减小；风机盘管换热量在不同调节方式下的上升时间不同,表明在对风机盘管空调系统进行优化控制时,控制周期需作相应调整。其次,建立了空调系统其他基本部件及管网结构的TRNSYS模型,管网结构模型的建立,弥补了在用TRNSYS研究空调系统水力特性方面的不足。再次,提出了风机盘管占空比模糊控制方法。仿真研究了控制算法中的关键参数对控制效果的影响。结果表明,在保证空调房间室温达到一定控制效果前提下,控制周期TCYC对控制效果影响最大,量化因子Ke次之,量化因子Kec最小；控制周期的大小与空调房间的负荷特性和风机盘管的型号等因素有关。最后,以某假日酒店为研究对象,建立了其空调系统自动控制仿真器并进行仿真实验。结果表明,利用该仿真器可较好地对酒店的全年负荷进行计算分析,为空调及其自动控制系统的设计打下了基础；同时,可研究空调系统在不同工况、不同控制方式下的水力特性并对其进行能耗分析,为空调系统的节能运行、节能改造,以及空调系统的优化控制策略和控制方法的研究等方面提供了条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题的提出与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 空调表冷器建模研究
• 1.3.2 风机盘管空调系统的控制方法
• 1.3.3 暖通空调系统仿真研究简述
• 1.4 本文的研究内容
• 2 翅片管表冷器动态数学模型及仿真
• 2.1 翅片管表冷器状态空间模型的建立
• 2.1.1 翅片管表冷器物理模型
• 2.1.2 数学模型
• 2.1.3 模型的分析与求解
• 2.2 模型应用仿真
• 2.2.1 稳态时风机盘管表冷器的换热特性
• 2.2.2 标准工况下受到不同扰动时风机盘管表冷器的换热特性
• 2.2.3 多种工况下受到不同扰动时风机盘管表冷器的换热特性
• 2.2.4 断水状态下风机盘管表冷器的换热特性
• 2.3 本章小结
• 3 空调系统各部件TRNSYS模型的建立
• 3.1 TRNSYS软件介绍
• 3.2 部件数学模型的建立
• 3.2.1 水泵/风机的数学模型
• 3.2.2 水管/风管的数学模型
• 3.2.3 水阀/风阀的数学模型
• 3.2.4 流体的压力—流量平衡模型
• 3.3 本章小结
• 4 风机盘管空调系统控制策略及模糊控制方法
• 4.1 传统控制方法
• 4.2 占空比模糊控制方法
• 4.3 占空比模糊控制算法
• 4.3.1 Mamdani模糊模型简介
• 4.3.2 作用模糊子集推理方法简介
• 4.4 风机盘管占空比模糊控制仿真研究
• 4.4.1 Ke对控制效果的影响
• 4.4.2 Kec对控制效果的影响
• CYC对控制效果的影响'>4.4.3 T_CYC对控制效果的影响
• 4.5 本章小结
• 5 空调系统自动控制仿真器及应用
• 5.1 本文所开发的空调系统自动控制仿真器的使用方法
• 5.1.1 设置部件模块参数
• 5.1.2 设置功能性模块参数
• 5.1.3 调用模块外部文件
• 5.1.4 模块的连接
• 5.1.5 模块的集成
• 5.1.6 系统仿真时间的设置
• 5.1.7 仿真计算结果输出
• 5.2 仿真系统概况
• 5.2.1 建筑概况
• 5.2.2 空调系统概况
• 5.3 空调系统自动控制仿真器的建立
• 5.4 酒店负荷计算及分析
• 5.4.1 TRNSYS负荷计算及验证
• 5.4.2 逐时负荷计算结果
• 5.4.3 冷负荷影响因子大小分析
• 5.5 酒店空调系统典型工况仿真
• 5.5.1 末端均无控时典型工况水力特性分析
• 5.5.2 单个末端有控时系统水力特性分析
• 5.5.3 末端均有控制时系统能耗分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 空调表冷器程序流程图
• 附录2 TRNSYS编写模块步骤
• 附录3 模糊控制算法模块程序流程图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 致谢