地铁环控系统回风风量节能控制研究

发布时间：2017-07-06 12:03

  本文关键词：地铁环控系统回风风量节能控制研究

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【摘要】：随着我国经济的高速发展以及城市化进程的不断推进,作为一种快速、稳定和舒适的交通工具,地铁在全国各大城市的建设如火如荼。由于地铁列车运动产生的热量、地铁车站内设备散发的热量以及人体自身的热量扩散到地铁车站内,使得地铁车站内的温度不断升高,会对地铁乘客的舒适性造成很大的影响。在夏季,通风降温仅仅依靠活塞风带来的外部空气是远远不够的,地铁车站内的空气环境调节应利用地铁环控系统的控制来实现。虽然地铁环控系统对改善地铁车站内的空气质量有着十分重要的作用,但其日益增长的能耗,以及不断攀升的能源价格,致使地铁的运营成本不断增大,对地铁运营企业的经济效益造成严重的影响。根据地铁运营能耗的相关数据,地铁环控系统能耗占地铁运行总能耗的25%~35%。因此,研究地铁环控系统的节能方法与控制策略,是十分紧迫和必要的。本文的主要研究成果如下:(1)对Fluent软件的仿真模拟研究,往往仅能针对地铁车站内的温度场和流体场,难以实现对地铁环控系统的在线控制。而对于Trnsys软件的仿真模拟研究,虽然可以实现对地铁环控系统的在线监控,但由于它是在假设地铁车站内空气是均匀分布的前提下,将地铁车站看作一个空气节点,无法有效的仿真模拟出地铁车站内的真实环境。因此本文提出Fluent-Trnsys联合仿真模型,利用Fluent软件模拟地铁车站内的流体分布和温度分布,Trnsys软件模拟地铁车站环控系统的设备及其控制,结合两个软件的不同优势,对地铁环控系统进行仿真模拟。(2)对地铁车站现阶段定频控制策略以及一种常用的节能控制策略变频控制策略进行了深入的分析。针对变频控制策略中回风风阀始终处于常闭状态所导致的能源浪费问题,提出基于二氧化碳浓度的回风风量控制策略。以北京某高校地铁实训平台为仿真对象,使用Fluent-Trnsys联合仿真模型对定频控制策略、变频控制策略以及基于二氧化碳浓度的回风风量控制策略进行了实验对比。实验结果表明与定频控制策略和变频控制策略相比,基于二氧化碳浓度的回风风量控制策略具有较好的控制效果和节能效果。(3)实现基于二氧化碳浓度的回风风量控制策略的PLC程序和组态监控界面。以北京某高校地铁实训平台为实验对象,把变频控制策略作为对照实验,检验基于二氧化碳浓度的回风风量控制策略的控制效果和节能效果。其实验结果表明,与变频控制策略相比,基于二氧化碳浓度的回风风量控制策略可以在保证地铁车站内人员舒适度的前提下,取得显著的节能效果。
【关键词】：地铁环控系统 回风风量 节能 二氧化碳 风阀
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U231.5;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 论文的组织结构15-16
• 1.4 本章小节16-17
• 第2章 地铁环控系统概述17-25
• 2.1 地铁环控系统的作用17-18
• 2.2 地铁环控系统的工作原理18-19
• 2.3 地铁环控系统负荷特点19-22
• 2.3.1 新风负荷19-20
• 2.3.2 人体热负荷20
• 2.3.3 进出口渗透负荷20-21
• 2.3.4 照明负荷21
• 2.3.5 车站设备负荷21
• 2.3.6 围护结构的蓄热负荷21-22
• 2.4 地铁环控系统热舒适度指标22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 建立Fluent-Trnsys联合仿真模型25-43
• 3.1 Fluent模拟地铁车站环境25-33
• 3.1.1 计算流体力学概述25-26
• 3.1.2 流体场的数学模型26-28
• 3.1.3 研究对象物理模型的建立28
• 3.1.4 物理模型的网格划分28-29
• 3.1.5 CFD模拟相关参数的设定29-30
• 3.1.6 Fluent UDF30-32
• 3.1.7 模拟结果分析32-33
• 3.2 Trnsys模拟通风空调系统33-37
• 3.2.1 Trnsys软件介绍33-34
• 3.2.2 基于Trnsys的通风空调系统仿真34-35
• 3.2.3 部件数学模型的建立35-37
• 3.2.4 负荷数据37
• 3.3 建立Fluent-Trnsys联合仿真模型37-41
• 3.3.1 联合仿真的目的37-38
• 3.3.2 联合仿真的实现方法38-40
• 3.3.3 联合仿真的接口40-41
• 3.3.4 联合仿真的建立41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 基于二氧化碳浓度的回风风量控制策略43-63
• 4.1 定频控制策略43
• 4.2 变频控制策略43-46
• 4.2.1 变频控制方法43-45
• 4.2.2 风机变频节能原理45-46
• 4.2.3 水泵变频节能原理46
• 4.3 回风风量控制策略46-50
• 4.3.1 现阶段控制策略的不足46-47
• 4.3.2 回风风量控制策略47-48
• 4.3.3 回风风量控制策略的数学推导48-50
• 4.3.4 进排风风阀和回风风阀的调节方法50
• 4.4 仿真模型的控制50-53
• 4.5 仿真验证和结果分析53-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第5章 地铁实训平台现场实验63-77
• 5.1 实训平台概述63-65
• 5.2 实训平台设备改造65-68
• 5.2.1 实训平台现场硬件设备改造65
• 5.2.2 实训平台传感器采集点布置65-68
• 5.3 回风风量控制策略的PLC实现68-73
• 5.3.1 PLC控制系统总体设计68-69
• 5.3.2 下位机控制软件设计69-71
• 5.3.3 上位机组态界面设计71-73
• 5.4 实验设计与步骤73-74
• 5.5 实验结果与分析74-76
• 5.6 本章小结76-77
• 总结与展望77-79
• 论文总结77-78
• 研究展望78-79
• 参考文献79-83
• 附录A Trnsys模块编写及使用步骤83-85
• 附录B Fluent UDF编写及使用步骤85-89
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果89-91
• 致谢91

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本文编号：526094