基于模糊聚类的冷热源设备运行环境分区研究

摘要

冷热源设备能耗在高层建筑能耗中占有很大的比例，不容忽视。随着冷热源设备性能优化研究的开展，节能设备的使用，以及气候分区方法的完善，为降低冷热源设备能耗提供了基础，同时也对全国冷热源设备运行环境的分区研究提出了迫切的要求。目前我国建筑气候学分区主要面向建筑围护结构的热工特性，而面向冷热源设备运行环境分区的研究还是空白，再加上没有严格的气候分区方法，使得我国冷热源设备的节能相对落后。目前在气象方面，全年新风能耗分析所需的建筑室外气象参数尚不完备，而其相关理论模型也过于复杂且无法在工程中应用。 针对以上问题，本文选择影响冷热源设备运行效率的主要室外气候参数，利用模糊聚类方法，对我国冷热源设备运行环境的分区进行了研究；在提出焓累积概念、建立三波简化模的基础上，对焓累积进行了分区研究。主要完成的研究工作包括：基于湿式冷却塔、新风换气机的火用分析和风冷热泵热经济平衡法分析，并参考美国的温度、湿度联合分布理论，采用模糊聚类分析法对全国主要城市进行了冷热源设备运行环境的分区，直接反映全年冷热源设备运行环境分布状况，为冷热源设备的选型提供了理论基础；建立了全年逐时焓三波简化模型，通过对五个代表城市焓累积的计算验证了模型的可行性，为全年新风能耗的计算提供了精确的气象基础；基于全年逐时焓三波简化模型对国内设计气象参数的安全性进行了分析；对室外气候资源的综合区划，采用模糊聚类分析法对全国主要城市进行气候资源的综合区划研究，并且运用粗糙集理论，得到室外气候资源各个参数的权重。最后得到冷热源设备运行环境的分区，为合理选择设备提供了依据，因地制宜地减少了各部分的能耗。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

第二章 冷却塔和新风换气机的(火用)分析方法

2.1湿式冷却塔的火用分析

2.1.1冷却塔的性能分析研究现状

2.1.2冷却塔热质原理的数学模型

2.1.3(火用)分析

2.1.4(火用)分析结果

2.2新风换气机的(火用)分析法

2.2.1国内外现状

2.2.2以热力学第二定律为基础的(火用)分析法

2.3冷热源设备(火用)分析与外界气象条件的关系

2.3.1冷却塔运行环境对(火用)分析的影响

2.3.2新风换气机的运行环境对其(火用)分析的影响

2.4本章小节

第三章逐时焓概率分布三波简化模型的建立

3.1气象简化模型建立的必要性

3.2三波简化模型的建立

3.2.1模型用全年逐时气象参数

3.2.2基于四季划分引入模型

3.2.3典型城市全年逐时焓分布的确定

3.3三波简化模型的验证

3.4基于三波简化模型的全年焓频分布

3.5基于三波简化模型对我国室外设计焓值安全性分析

3.6本章小结

第四章冷热源设备运行环境分区方法的确定

4.1我国建筑气候分区

4.1.1建筑气候区划标准中的气候分区

4.1.2民用建筑热工设计规范中的气候分区

4.1.3采暖通风与空气调节设计规范中的气候分区

4.1.4居住建筑节能设计标准中的气候分区

4.2气候分区的主要数学方法

4.2.1模糊综合评价法

4.2.2聚类分析方法

4.2.3模糊聚类分析法

4.3模糊聚类分析数学模型的建立

4.3.1数据的正规化处理

4.3.2关于衡量样本相似程度的统计量

4.4凝聚的层次聚类方法

4.5粗糙集在区分模糊边界的运用

4.6本章小结

第五章冷热源设备运行环境的区划研究

5.1冷却塔的分区

5.1.1相关参数选取

5.1.2原始数据的选取

5.1.3原始数据的正规化

5.1.4计算相似度矩阵

5.1.5采用凝聚的层次聚类法进行冷却塔分区

5.1.5分区结果

5.2新风换气机运行环境的分区

5.3焓累积的分区

5.3.1相关参数的选取

5.3.2分区

5.3.3分区结果分析

5.4风冷式热泵的分区

5.4.1风冷热泵分区指标的选取依据

5.4.2风冷热泵应用地区的分区

5.4.3初步分区的细化

5.5冷热设备运行环境分区的应用

5.6本章小结

第六章室外气候资源的综合区划及各因素权重的确定

6.1室外气候资源的综合区划指标的确定

6.1.1影响建筑气候的因素

6.1.2建筑气候综合分区指标的确定

6.2原始数据正规化

6.3分区结果

6.4建筑气候综合分区指标权重的确定

6.4.1建筑气候综合分区指标权重的确定的必要性

6.4.2粗糙集理论的基本原理

6.4.3粗糙集理论算法

6.5应用

6.5.1基于粗糙集理论的建筑气候综合分区决策表的建立

6.5.2建筑气候综合分区决策表的属性离散

6.6权重的分配

6.7属性重要性

6.8基于粗糙集的权重确定方法

6.9本章小结

第七章结论及后续工作

7.1本文结论

7.2后续工作

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要的研究成果