地源热泵空调系统节能优化控制系统设计

摘要

凭借低廉清洁的浅层土壤地热资源，地源热泵空调系统以其较低的电耗优势得到迅速的发展。尽管如此，大部分地源热泵空调系统运行期间仍然存在较大的节能空间。本文研究的目的是实现地源热泵空调系统的优化控制，在保证室内人员舒适度的前提下进一步降低能源消耗，以提高能源利用率。
　　本文依据某实际办公建筑及其空调系统建立了基于TRNSYS的地源热泵空调仿真系统。该仿真系统由办公建筑的能耗模型以及热泵机组、循环水泵、换热盘管、送回风机和变风量末端的输入输出模型组成。仿真系统中送风机、回风机还有变风量末端的工作状态由PID控制器决定。
　　通过分析仿真系统的运行数据、结合热泵机组的能耗机理模型以及空调控制系统的可测与可控参数，确定热泵空调仿真系统能耗预测模型和各温区温度预测模型的输入输出参数，其中输入参数由系统的可控和可测参数组成。通过采集地源热泵空调仿真系统工作于不同设定参数下的运行数据，利用多层感知神经网络建立了热泵空调仿真系统的能耗预测模型和各温区温度预测模型。基于所建立的预测模型，确定了以温区温度控制误差和系统总能耗之和为最终优化目标的优化控制模型，并利用收集到的仿真系统运行数据，借助PSO寻优算法进行了优化控制模型的求解验证。通过MATLAB和TRNSYS的联合仿真，实现了对地源热泵空调仿真系统的在线智能优化控制。相比定流量定静压下控制的运行结果，在相同温度控制效果下，空调电能的消耗可以节约近11.12％。
　　为了实现某办公建筑空调系统的节能优化控制，结合该建筑现有空调控制系统的现状，设计了可以实现上述预测模型和优化控制模型的地源热泵空调节能优化控制系统。

目录

声明

摘要

符号和缩略词说明

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 地源热泵空调系统的发展

1．2．2 暖通空调系统模型构建现状

1．2．3 暖通空调系统控制方法发展

1．3 进一步研究的问题

1．4 本文的主要工作

第2章 基于TRNSYS的地源热泵空调仿真系统

2．1 多区域建筑模型的搭建

2．1．1 天气参数模型

2．1．2 Type56介绍

2．1．3 实倒办公建筑的模型建立

2．2 空调系统组件输入输出模型

2．2．1 热泵机组模型

2．2．2 循环水泵模型

2．2．3 风机模型

2．2．4 加热盘管模型

2．2．5 变风量末端模型

2．3 地源热泵空调仿真系统建立与验证

2．3．1 实例空调系统介绍

2．3．2 空调水系统部分

2．3．3 空调风系统部分

2．3．4 定流量定静压控制下仿真系统的验证

2．4 本章小结

第3章 地源热泵空调仿真系统优化控制

3．1 仿真系统的温度与能耗预测模型

3．1．1 多层感知器概述

3．1．2 预测模型定义

3．1．3 训练数据获取

3．1．4 预测模型训练

3．1．5 预测模型准确性验证

3．2 基于预测模型的优化控制模型

3．2．1 约束条件

3．2．2 优化目标

3．2．3 优化控制模型

3．3 PSO算法求解优化控制模型

3．3．1 PSO算法描述

3．3．2 PSO算法应用

3．3．3 优化控制模型的求解

3．4 优化控制下的地源热泵空调仿真系统运行

3．4．1 地源热泵空调优化控制仿真系统

3．4．2 优化控制结果分析

3．5 本章小结

第4章 地源热泵空调控制系统设计

4．1 实例办公建筑现有空调控制系统

4．1．1 DLCS 3000E分散式控制系统

4．1．2 菲利克斯控制系统

4．1．3 优化控制系统的结构

4．2 数据采集与控制单元

4．2．1 单元资源介绍

4．2．2 通讯协议开发

4．3 地源热泵空调节能优化控制软件设计

4．3．1 用户界面设计

4．3．2 测点数据通讯配置

4．3．3 优化控制模型实现

4．3．4 软件功能验证

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与的项目