基于LonWorks的中央空调冷却塔的优化控制

论文摘要

在大型中央空调系统中,由冷却塔和冷水机组组成的空调水系统的能耗约占整个空调系统能耗的55%左右,其中冷却塔子系统的耗电量占整个系统耗电量的15%左右,而目前的空调冷却塔系统的设计是按全年最不利工况进行设计的,如何改善其工作状况,实现节能的目的,具有重要意义。由于整个暖通空调系统是按最大负荷设计,而空调系统大多数时间内处于部分负荷状况下运行,如果能根据负荷在线找出空调系统的最佳工作点,并通过控制系统实现能量最佳匹配,将大幅度地降低空调系统能耗。本文通过分析空调水系统的运行工艺过程和冷却塔系统中设备的能耗特点,提出了针对中央空调冷却塔系统的工作设定点的在线优化方式,使中央空调冷却塔系统在任何工况下,可以实现最佳运行,从而节约大量的能量消耗。其中根据中央空调冷却塔系统的热交换特点,同时结合前人的研究成果及传统热力学原理,推导出了较为简单的模型方程式,并对散热模型中的未知参数分别用几种不同的数值计算方法进行了辨识,结果表明采用列文伯格-马夸尔特法计算得到的参数,能够较为准确的反映冷却塔散热模型。并在此基础上提出了冷却塔系统的优化控制方法,解决了中央空调水系统冷却塔与制冷机系统之间协调优化控制的问题;其中应用SUMT外点法来求解冷却塔风机与水泵之间存在的最优工作点:并在此基础上应用插值优化的思想解决了空调水系统中冷却塔子系统与制冷机子系统之间的协调问题,通过实验室仿真验证了这种方法的有效性,取得了很好的节能效果。通过插值优化方法对中央空调冷却塔系统的静态模型的工作点进行在线优化,解决了由于空调系统设备模型复杂、待定系数数量多、优化方法初始值不易恰当选取等因素引起中央空调控制系统局部最小点和实时性差等问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的内容和方法
• 第二章 中央空调系统的构成与冷却塔子系统
• 2.1 中央空调系统的构成
• 2.2 冷却水回路分析
• 2.2.1 湿球温度对冷却塔系统运行工作点的影响
• 2.2.2 冷却水供水温度对于冷却水回路的影响
• 2.2.3 制冷机与冷却塔之间的相互影响
• 2.3 冷却塔系统运行工艺过程
• 2.4 冷却塔的特性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 中央空调冷却塔的建模研究
• 3.1 冷却塔散热模型
• 3.2 散热模型简化
• 3.3 散热模型中未知参数求解
• 3.4 各参数辨识方法介绍
• 3.4.1 梯度法
• 3.4.2 拟牛顿法
• 3.4.3 广义逆法
• 3.4.4 蒙特卡洛法
• 3.4.5 列文伯格-马夸尔特法
• 3.5 各方法计算比较及结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 中央空调冷却塔优化控制研究
• 4.1 冷却塔系统中各耗能部件间的能耗关系
• 4.2 优化步骤一中优化方法概述
• 4.2.1 最优性条件
• 4.2.2 惩罚函数法
• 4.2.3 罚函数法在步骤一中的优化问题中的应用
• 4.3 步骤二中优化方法概述
• 4.3.1 建立模型表
• 4.3.2 优化
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验硬件平台及系统软件实现
• 5.1 实验环境概述
• 5.1.1 实验环境硬件平台介绍
• 5.1.2 实验环境数据通讯系统介绍
• 5.2 软件结构
• 5.2.1 软件架构描述
• 5.2.2 系统工作流程
• 5.3 EMCOS软件优化操作界面及方法
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢