VRF与VAV复合空调系统及其协调优化控制方法研究

发布时间：2018-12-20 22:33

【摘要】：多联式VRF系统因具有良好的部分负荷性能及相对独立的控制特性而获得广泛应用,但也存在一些缺陷或问题尚未得到彻底解决,特别是缺乏新风的问题随着人们对室内空气品质的要求越来越高而显得更加突出。再者,关于VRF系统本身的以及与建筑结合的仿真与优化控制方面的研究还很不完善,结合最新的建筑节能理论与技术解决VRF系统存在的问题将具有积极的意义。针对上述现状研究了一种VRF与VAV结合的复合空调系统,建立了从部件到整个系统的仿真模型,研究了从局部到系统层次的协调优化控制方法,为复合空调系统的实际开发与应用提供并积累理论指导。首先,在明确了复合空调系统的结构后,建立了其核心子系统VRF的仿真模型并搭建了实验台进行了验证。考虑到VAV侧的新风处理机组(简称OAP机组)与VRF系统类似,都是直接膨胀式系统,建立了具有与部件个数无关特性的VRF系统仿真模型(包括制冷与制热两种模式)从而可适用于VRF及OAP的仿真。提出了一种快速迭代方法,可使系统算法中的一层迭代计算缩减至2次,极大地加快了计算速度,增强了模型的实用性。在VRF系统仿真模型之外,基于数据拟合方法建立了制冷剂物性参数显式计算模型以确保可靠的精度及较快的计算速度。提出了一种建模方法可保证过热蒸汽与饱和蒸汽、过冷液体与饱和液体分界点处制冷剂物性参数计算的连续性,并有效解决了过热焓或过冷焓与温度转换可逆性差的问题。搭建了一个实验台对所建立的仿真模型进行了稳态与动态工况下的实验验证,结果显示模型结果与实验数据的吻合性高,模型对动态变量的响应合理,验证了模型的有效性。其次,基于部件模型构建了复合空调系统动态仿真器并分析了系统各项运行控制特性。一是室内温度控制特性,发现在制冷和制热模式下,不论各空调区域温度设定值是否相同,室内温度都可以稳定地控制在设定值上,且在部分室内机处于关闭状态时,其他区域的温度控制不受影响,表明系统具有各区域相对独立控制的灵活性。二是新风流量及新风送风温度都得到了有效的控制,室内空气品质也可得到保证,vrf系统的新风问题得到有效解决。三是系统能耗特性,系统运行参数改变显著影响系统运行能耗特性,其中新风送风温度是最关键的变量,变化的新风送风温度导致vrf机组和oap机组承担的负荷产生此消彼长的关系,最终影响系统能耗,表明可通过实时优化新风送风温度协调vrf机组与oap机组的运行,达到降低系统能耗的目的。四是系统能效特性,发现在不同的工况下机组的cop与部分负荷率plr有很强的关联性。当plr处于0.4~0.7的范围内时,机组的cop最高,优化控制应朝此目标进行。在上述研究基础上,以新风送风温度为关键控制变量,提出了两种运行参数优化控制方法。第一种方法搜索使系统总能耗最低的最优负荷分配比,再通过一定逻辑将该最优的负荷分配比转化为新风送风温度设定值。第二种方法引入了人工智能技术,通过合理的简化建模方法,建立智能的系统预测模型,并通过智能寻优算法(遗传算法)直接搜索最优的新风送风温度设定值。测试结果表明两种方法都可以有效地达到降低系统能耗、提高系统能效的目的,可应用于不同的场合。最后,提出了一种系统全局协调优化控制方法以保证复合空调系统全年工况下的高效运行。前述运行参数优化控制方法通过关键参数新风送风温度协调VRF机组和OAP机组的负荷分配,但两个机组必须持续运行且在系统负荷特别低时(如在冬末或过渡季工况)节能效果不明显,故被称为局域协调优化控制方法。系统全局协调优化控制方法是前者的发展与提升,当监测到某一机组运行在低效率区时,考虑关闭该机组,降低此机组对系统能效的恶化作用,提高系统的整体能效水平。当系统负荷增大到一定程度时,重新开启被关闭的机组,再次利用局域协调优化控制方法的优势,从而最大程度地提高系统能效。当无机组关闭或重启时(如在夏季或深冬工况),系统全局协调优化控制方法等价于局域优化控制方法。测试结果表明,在冬末和过渡季负荷较低的工况下,系统全局协调优化控制方法比其他对比控制方法(包括局域协调优化控制方法)更有效地降低了系统能耗,表明提出的全局协调优化控制方法是有效的,为复合空调系统的全年高效运行找到了可行的路径。
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【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB657.2
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本文编号：2388523