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基于通风网络理论的变风量空调送风系统控制研究

作　者: 邱国永
导　师: 范晓伟；何大四
学　校: 中原工学院
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 变风量空调送风系统通风网络技术模型控制预测优化
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着经济社会的快速发展,空调系统已成为人们工作和生活中不可缺少的一部分。空调系统的大量使用致使能量消耗问题日益突出。目前,在国内外,变风量空调系统以其巨大的节能潜力逐渐成为空调系统的主流。由于变风量空调系统具有多变量强耦合、非线性、时变等特点,其设计、运行和管理难度大,这成为阻碍变风量空调系统广泛应用的重要原因。因此,保证变风量空调系统的稳定运行已成为当前研究的主要方向。现有变风量空调送风系统中各控制环节各自独立调节,严重影响了变风量送风系统在各房间的风量分配,进而影响变风量空调的调节效果。另一方面,变风量空调送风系统结构合理与否,也严重影响其控制系统的稳定性。为了使变风量空调送风控制系统的各个环节能够进行整体调节,本文采用基于通风网络技术建立预测控制模型,对变风量空调送风系统结构进行预测前馈控制。为了保证变风量空调送风系统的结构处于灵活、稳定及可靠的状态,本文通过预测模型,统一调节各个房间风路阻力,避免主干风管的阻力增加,增强控制系统的稳定性。另外,本文提出由预测优化控制模块对风管所承担的阻力部分进行合理规划,将阻力调节由末端所在的风管调节阀和末端风门调节共同承担,保证风管调节阀所承担的阻力变化,不需要风管风阀频繁地调节,进一步提高系统的稳定性。本文基于TRNSYS平台建立了变风量空调送风系统模型,对变风量送风系统风量分配过程进行了模拟。仿真试验结果表明,模型预测控制方法保证了变风量空调送风系统结构具有良好的稳定性,实现了变风量送风系统各控制环节的整体调节,控制系统性能良好。对于所仿真的案例,在工作时间段内各个房间的风量与设定需风量的相对偏差均在10%以内,调节过程平均时间为22分钟,风网能耗变化趋势与送风系统的总设定需风量的变化趋势相同。因此,模型预测控制方法保证了送风系统风量分配及时和准确,同时有效节约了送风系统输送能耗。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1. 绪论  10-15
  1.1 课题研究背景及意义  10
  1.2 变风量空调控制系统国外研究状况  10-13
    1.2.1 变风量空调系统送风量的控制研究  11
    1.2.2 变风量空调系统末端装置的控制研究  11
    1.2.3 变风量空调系统风机控制方式的研究  11-12
    1.2.4 变风量空调控制系统的解耦研究  12
    1.2.5 变风量空调系统预测、优化与模拟  12-13
  1.3 变风量空调控制系统国内研究状况  13-14
  1.4 本课题的主要工作  14-15
2. 变风量空调控制与通风网络理论  15-29
  2.1 变风量空调各控制回路的耦合性  15-17
  2.2 通风网络理论与变风量空调送风系统  17-18
  2.3 通风网络的基本理论  18-25
    2.3.1 风路和节点  18
    2.3.2 回路与割集  18-19
    2.3.3 树  19-21
    2.3.4 基本回路  21
    2.3.5 矩阵  21-25
  2.4 通风网络解法的基本依据  25-29
    2.4.1 风量平衡定律和风量平衡方程  25-26
    2.4.2 风压平衡定律和风压平衡方程  26-27
    2.4.3 支路特性方程  27
    2.4.4 通风网络的解法  27-28
    2.4.5 风网功耗  28-29
3. 基于预测控制的变风量送风系统模型  29-43
  3.1 仿真系统模型原理  29-30
  3.2 系统模型的建立  30-41
    3.2.1 基于通风网络理论的预测优化控制模型  31-35
    3.2.2 房间模型  35-36
    3.2.3 风机模型  36-38
    3.2.4 风管模型  38-39
    3.2.5 末端装置模型  39-40
    3.2.6 末端控制器模型  40-41
    3.2.7 风机控制器模型  41
  3.3 本章小结  41-43
4. 变风量空调送风系统控制特性仿真研究  43-59
  4.1 构建仿真试验台  43-44
    4.1.1 TRNSYS 仿真软件  43
    4.1.2 建立仿真试验台  43-44
  4.2 试验条件  44-46
  4.3 仿真系统控制系统性能试验  46-51
  4.4 仿真系统工况运行试验  51-57
  4.5 本章小结  57-59
5. 结论与展望  59-61
  5.1 结论  59-60
  5.2 创新点  60
  5.3 展望  60-61
参考文献  61-65
附录  65-96
攻读硕士学位期间取得的科研成果  96-97
致谢  97-98

基于通风网络理论的变风量空调送风系统控制研究

内容摘要

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