基于参数集总的既有中央空调系统建模与验证

摘要

建筑空调负荷随季节和使用情况变化而变化，而常规空调系统设计选型是以建筑最大负荷为依据，因此需要通过运行调节以实现系统在部分负荷下的高效运行。对空调系统在不同负荷下进行运行参数调节优化及性能评估，借助仿真模拟手段是较易实现的方法。在对既有建筑中央空调系统进行建模仿真时，由于实际中央空调系统各部件的具体结构参数难以获取，导致对依据设备具体结构参数进行的精确模拟较难实现，使得常规的建模方法在实际应用中存在局限性。为此，本文将理论分析与实验研究相结合，在难以获得系统各部件具体结构参数的条件下，提出将未知结构参数集总的建模方法，建立空调系统各部件以及系统整体模型，并以系统能效最优为目标，研究不同负荷下空调系统的运行调节优化与系统优化方案节能评估，对实现空调系统的整体节能优化运行，具有重要的理论与实际意义。
　　论文提出了将系统各部件未知结构参数集总并由少量实测数据获取模型参数的建模方法，通过理论推导与系统运行实测数据获取模型参数，建立出冷水机组、表冷器、冷却塔、水泵等常规建筑空调系统部件仿真模块，作为构建空调系统整体模型的基础。
　　通过构建空调系统综合性能实验装置，分别对冷水机组、表冷器、冷却塔以及水泵进行了不同工况下的性能仿真与实验结果对比，验证了基于参数集总方法构建的空调系统各部件模型的准确性，并研究了空调系统各部件设备在不同运行工况下的性能变化规律，各部件主要性能参数模拟与实验结果最大偏差在12％以内。
　　在此基础上构建出空调系统综合性能模型，并通过实验验证了该模型在变水量、变水温以及综合调节工况下的准确性，研究了空调系统在以上工况下的性能变化规律，空调系统主要性能参数模拟与实验结果偏差小于15％。在模型验证结果基础上进行了空调系统部分负荷下整体性能模拟研究，提出了空调系统的部分负荷下优化控制策略。
　　针对在LEED绿色建筑评价体系中获铂金奖的美国COE(Syracuse Center ofExcellence)建筑中央空调系统，构建其仿真模型并依据空调系统实测运行数据对该模型准确性进行验证，该空调系统主要性能参数模拟与实验值偏差不超过16％。在深入分析其空调系统的基础上，提出了该空调系统的三种优化运行方案，利用已构建的空调系统模型分别对三种优化方案与原运行方案的运行性能参数进行对比，评估出不同优化方案的节能效果，其节能率最高可达34.4％。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 课题意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 结构参数缺省的条件下中央空调系统设备仿真研究

1．2．2 建筑中央空调系统仿真与优化研究

1．3 论文研究内容

第二章 基于参数集总的建筑空调系统部件性能模型

2．1 冷水机组部分负荷模型

2．1．1 蒸发器模型

2．1．2 冷凝器模型

2．1．3 压缩机模型

2．1．4 节流阀模型

2．2 表冷器换热性能模型

2．2．1 总传热系数计算

2．2．2 表冷器出口参数计算模型

2．3 冷却塔换热性能模型

2．3．1 冷却塔内空气非饱和状态下热质交换过程控制方程

2．3．2 冷却塔内空气饱和状态下热质交换过程控制方程

2．3．3 冷却塔未知参数集总

2．4 流体输配管路阻力模型

2．5 水泵性能模型

2．6 本章小结

第三章 基于参数集总的空调系统部件模型实验验证

3．1 空调系统综合性能实验系统

3．1．1 冷水机组

3．1．2 空气处理箱

3．1．3 逆流式冷却塔

3．1．4 其他实验设备

3．2 冷水机组部分负荷模型实验验证

3．2．1 模型参数确定

3．2．2 模型验证与结果分析

3．3 表冷器换热性能模型实验验证

3．3．1 模型参数确定

3．3．2 变进口水温工况模型验证与结果分析

3．3．3 变水量工况模型验证与结果分析

3．3．4 变进风干球温度工况模型验证与结果分析

3．4 冷却塔热工性能模型实验验证

3．4．1 模型参数确定

3．4．2 变进口水温工况模型验证与结果分析

3．4．3 变进口水流量工况模型验证与结果分析

3．5 水泵性能模型实验验证

3．6 本章小结

第四章 空调系统综合性能模拟与实验研究

4．1 空调系统综合性能模型

4．1．1 空调系统模型构建

4．2 空调系统变冷冻水温与水量性能研究

4．2．1 空调系统变冷冻水量工况模型验证与结果分析

4．2．2 空调系统变冷冻水温工况模型验证与结果分析

4．3 空调系统变水温与变水量综合性能研究

4．3．1 空调系统变水量工况模型验证与结果分析

4．3．2 空调系统变水温工况模型验证与结果分析

4．3．3 空调系统运行参数综合调节工况模型验证与结果分析

4．3．4 空调系统部分负荷下整体性能模拟研究

4．4 本章小结

第五章 基于参数集总的实际建筑中央空调系统运行性能研究

5．1 目标建筑中央空调系统概况

5．1．1 COE简介

5．1．2 建筑中央空调系统概况

5．2 目标建筑中央空调系统仿真模型构建

5．2．1 单U型地埋管换热器换热性能模型及其实验验证

5．2．2 辐射板传热性能模型与验证

5．2．3 全热交换转轮传热传质性能模型

5．2．4 COE建筑中央空调系统模型构建

5．3 目标建筑中央空调系统仿真模型验证

5．4 实际建筑中央空调系统优化运行模拟分析

5．4．1 优化运行方案一：冷水机组热湿独立处理

5．4．2 优化运行方案二：空调箱热湿分段处理

5．4．3 优化运行方案三：地源侧冷却水供辐射板承担显热负荷

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文