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空调冷冻水系统变压差设定值优化控制方法

作　者: 赵天怡
导　师: 张吉礼；孙德兴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 空调水系统最不利热力环路热力稳定性变压差设定值优化控制
分类号: TU831.3
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大型公共建筑是我国“十一五”期间建筑节能工作的重点,大型公共建筑的空调系统节能潜力巨大,而空调水系统的运行调节优化控制是实现节能的重要举措。在空调水系统运行调节优化控制中,人们往往利用最不利环路的概念。传统的“最不利环路”其实是指最不利的水力环路,本文首先分析了以最不利水力环路为参考进行变流量调节的不合理性,指出最不利水力环路仅体现了空调水系统设计工况下管网水力特性的分布情况,在系统的运行工况下,变流量调节策略应参考各用户的负荷(能量)需求而选择。为此,本文以最不利热力环路为参考对象,针对连续调节型空调水系统与通断调节型空调水系统,提出了最不利热力环路的辨识方法。关于空调水系统变流量调节引发的管网稳定性问题,本文从用户能量需求角度,以传统的管网稳定性定义为基础,提出了热力稳定性的概念,以评价主动支路流量调节对被动支路空调设备供冷能力的影响程度。本文以空调设备控制环节中的被控参数为参考,定义了热力稳定性的评价指标。以最不利热力环路与热力稳定性的定义为基础,本文以变流量空调冷冻水系统为对象,针对压差控制中的变压差设定值这一优化控制方法,展开了相关仿真与试验研究。首先,本文依据最不利热力环路辨识方法,提出了变压差设定值优化控制策略,包括以最大阀位环路的优化设置阀位域与最佳阀位域为参考的压差设定值优化设置策略及并联变频水泵控制系统中的水泵转速与台数优化配置方法。本文利用以实际工程为原型建立的空调冷冻水系统仿真模型,仿真研究了变压差设定值优化控制方法的可行性,以热力稳定性为评价指标,仿真研究了压差不控、定压差设定值控制与变压差设定值控制三类策略的应用效果。仿真结果表明,变压差设定值优化控制方法节能优势明显,同时可有效降低最不利热力环路出现的工况,但压差设定值的调整幅度要兼顾热力稳定性选取。其次,本文针对压差设定值调整幅度的优化设定问题,提出了两类压差设定值调整算法,即线性调整算法与基于Mamdani模糊模型与作用模糊子集推理方法的自适应调整算法,仿真研究了两类算法的参数整定、工况适应性与节能效果。仿真结果表明了自适应调整算法较线性调整算法具有较好的适应性与15.1%的节能效果。变压差设定值优化控制策略与压差设定值调整算法统称变压差设定值优化控制方法。最后,本文利用变水量空调系统试验台,试验研究了变压差设定值优化控制方法的应用效果。试验首先对送风温度控制回路与压差控制回路进行了控制参数整定;其次,利用最不利热力环路在线辨识模块试验验证了最不利热力环路存在的客观性与最不利热力环路辨识方法的合理性;第三,开发了线性调整算法模块与自适应算法模块,通过试验整定算法参数;最后,试验研究了四类变压差设定值控制方法的应用效果。试验结果表明本文提出的变压差设定值控制方法既可保证各用户的供能要求与送风温度控制效果。以自适应调整算法为核心的控制方法同其他控制方法相比,可获得10.6%~45%的水泵节能效果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-17
第1章绪论  17-40
  1.1 研究背景和意义  17-21
    1.1.1 研究背景  17-18
    1.1.2 大型公共建筑空调系统运行现状  18-19
    1.1.3 大型公共建筑空调水系统运行问题分析  19-21
    1.1.4 本文的研究意义  21
  1.2 空调水系统控制方法研究与应用进展  21-30
    1.2.1 变流量控制方法  21-26
    1.2.2 变水温控制方法  26-28
    1.2.3 变流量与变水温联合优化控制方法  28
    1.2.4 冷水机组与水泵运行台数优化设置方法  28-29
    1.2.5 空调水系统全局优化控制方法  29-30
  1.3 暖通空调控制系统研究与应用进展  30-36
    1.3.1 被控对象的建模研究  30-33
    1.3.2 控制器结构与算法研究  33-36
    1.3.3 模型参考优化控制方法研究  36
  1.4 变流量空调冷冻水系统控制的若干关键问题  36-38
  1.5 本文的研究内容与论文结构  38-40
第2章空调水系统最不利热力环路与热力稳定性  40-58
  2.1 基于最不利水力环路的空调水系统变流量调节问题分析  40-45
    2.1.1 最不利水力环路  40-43
    2.1.2 基于最不利水力环路的变流量调节实例分析  43-45
  2.2 连续调节型水系统最不利热力环路及其辨识  45-49
    2.2.1 连续调节型水系统最不利热力环路  45-47
    2.2.2 连续调节型水系统最不利热力环路的辨识  47-49
  2.3 通断调节型水系统最不利热力环路及其辨识  49-51
    2.3.1 通断调节型水系统最不利热力环路  49-50
    2.3.2 通断调节型水系统最不利热力环路的辨识  50-51
  2.4 热力稳定性的定义与评价指标  51-56
    2.4.1 水力稳定性的定义  51-52
    2.4.2 热力稳定性的定义  52-55
    2.4.3 热力稳定性的评价指标  55-56
  2.5 本章小结  56-58
第3章变流量空调冷冻水系统仿真模型  58-77
  3.1 仿真系统概况  58-61
    3.1.1 建筑概况  58-59
    3.1.2 空调系统概况  59-60
    3.1.3 控制回路  60-61
  3.2 系统能耗模型  61-67
    3.2.1 围护结构冷负荷  62-63
    3.2.2 内热源冷负荷  63-64
    3.2.3 新风负荷  64
    3.2.4 风机温升引起的冷负荷  64
    3.2.5 内热源散热量的计算  64-65
    3.2.6 系统全年显热负荷的计算  65-67
  3.3 冷水机组仿真系统  67-71
    3.3.1 冷水机组形式与部件结构  67-68
    3.3.2 冷水机组仿真系统的整体构架  68
    3.3.3 冷水机组部件仿真模型  68-71
  3.4 管网模型  71-72
  3.5 水泵模型  72-74
  3.6 表冷器模型  74-76
  3.7 本章小结  76-77
第4章空调冷冻水系统变压差设定值优化控制策略  77-100
  4.1 压差设定值优化设置策略  77-80
    4.1.1 压差设定值优化设置的参考变量  77-78
    4.1.2 压差设定值优化设置阀位域  78-79
    4.1.3 参考最佳阀位域的压差设定值优化设置方法  79-80
  4.2 冷冻水泵优化控制策略  80-88
    4.2.1 并联变频水泵转速比优化配置  81-84
    4.2.2 并联变频水泵台数优化配置  84-88
  4.3 变压差设定值优化控制策略仿真  88-94
    4.3.1 仿真参数与程序流程  88-89
    4.3.2 仿真策略  89-91
    4.3.3 仿真结果分析  91-94
  4.4 压差控制策略的热力稳定性评价  94-99
    4.4.1 仿真初始参数  94
    4.4.2 仿真策略  94-96
    4.4.3 仿真结果分析  96-99
  4.5 本章小结  99-100
第5章空调冷冻水系统压差设定值调整算法  100-137
  5.1 压差设定值线性调整算法  100-116
    5.1.1 算法结构  100-101
    5.1.2 阀位比例调节常数的选择  101-106
    5.1.3 送风温度设定值鲁棒区的选择  106-108
    5.1.4 线性调整常数的选择  108-112
    5.1.5 最佳阀位域的选择  112-115
    5.1.6 小结  115-116
  5.2 压差设定值M 模型参考自适应调整算法  116-131
    5.2.1 Mamdani 模糊模型简介  116-117
    5.2.2 作用模糊子集推理方法简介  117-119
    5.2.3 算法结构  119-120
    5.2.4 调整常数论域的选择  120-125
    5.2.5 参考阀位偏差与偏差变化论域的选择  125-127
    5.2.6 参考送风温度偏差与偏差变化论域的选择  127-130
    5.2.7 小结  130-131
  5.3 压差设定值线性调整算法与自适应调整算法的对比仿真  131-136
    5.3.1 算法适应性对比仿真  131-134
    5.3.2 算法控制效果对比仿真  134-136
  5.4 本章小结  136-137
第6章空调冷冻水系统变压差设定值控制方法试验  137-171
  6.1 试验台概况  137-141
    6.1.1 试验台空调系统概况  137-139
    6.1.2 试验台控制系统概况  139-141
  6.2 试验系统运行调试与试验规划  141-143
    6.2.1 传感器的可靠性检验  141-142
    6.2.2 试验系统运行调试  142-143
    6.2.3 试验规划  143
  6.3 送风温度控制试验  143-148
    6.3.1 控制策略  143-144
    6.3.2 控制回路模块  144-146
    6.3.3 控制参数整定  146-148
  6.4 用户侧压差控制试验  148-152
    6.4.1 控制策略  148
    6.4.2 控制回路模块  148-149
    6.4.3 控制参数整定  149-152
  6.5 最不利热力环路在线辨识试验  152-155
  6.6 压差设定值线性调整算法试验  155-161
    6.6.1 线性调整算法模块  155-156
    6.6.2 算法参数整定  156-161
  6.7 压差设定值M 模型参考自适应调整算法试验  161-164
    6.7.1 M 模型参考自适应调整算法模块  161-164
    6.7.2 算法参数整定  164
  6.8 压差控制方法应用效果对比试验  164-170
    6.8.1 室外温度参考算法模块  164-165
    6.8.2 参考冷冻水供回水温差的压差设定值调整算法模块  165-167
    6.8.3 试验结果分析  167-170
  6.9 本章小结  170-171
结论  171-174
参考文献  174-185
攻读博士期间发表的期刊论文  185-188
致谢  188-190
个人简历  190

空调冷冻水系统变压差设定值优化控制方法

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