空调动态负荷优化节能系统设计

【摘要】：随着经济发展和能耗增加，空调耗电量占建筑物总电能消耗的30%左右，且增长速度十分惊人；传统空调控制系统中，着重从制冷系统内部考虑，复杂不易实现；并且冷冻机组和冷水机组不能实时跟踪负荷变化进而优化工作状态，造成能源浪费，因此空调全局动态负荷跟踪节能控制方法的研究具有很大的现实意义和社会需求。 空调系统为多变量、时变、非线性的控制系统，传统的经典与状态变量控制方法，要求有很精确的数学模型，而且控制性能受参数的影响比较大。本系统采用人工智能理论中的遗传算法，不需要精确的数学模型；以计算机辅助优化计算为控制手段，以随动控制系统理论、智能控制系统理论为基础，设计了自寻优的智能控制系统；同时与空调制冷技术和冷媒循环系统控制相结合，配合电机变频技术和电气控制技术，以最小能耗为目标，实现了空调系统全局协调运行和综合性能优化。 本论文是以制冷系统机理模型特性分析为基础，建立了压缩机、冷冻水泵和冷却水泵等主要设备宏观能耗模型。以系统总能耗最小为目标，利用遗传算法优化计算冷冻水出口温度、冷却水入口温度、冷冻水、冷却水体积流量四个变量，使系统功耗和误差达到预先设定最小值，实现不同工况在线寻优，达到节能的目的。同时利用MATLAB软件进行仿真实验，仿真结果表明，本文所提出的空调动态负荷跟踪节能控制系统，寻优效果明显。 针对实际工程部分实现了空调全系统自寻优节能控制，运行结果表明依据负荷采用优化计算调整冷却水、冷冻水的温度、流量，并使用变频器实时调整压缩机、冷冻水泵和冷却水的转速，系统COP平均提高了12.43%，提高了运行效率，证明了理论研究成果的可行性和有效性。 【关键词】：变工况 遗传算法 优化 空调节能
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 研究内容及意义10-12
• 第二章 空调能耗机理和系统能耗模型的建立12-22
• 2.1 压缩式制冷机组工作原理12-13
• 2.2 压缩式空调系统组成13-15
• 2.3 能耗模型建立15-22
• 2.3.1 目标函数16-18
• 2.3.2 目标函数 M 语言表达式18-22
• 第三章 智能优化方法及仿真22-32
• 3.1 目前常用的智能算法22-23
• 3.2 遗传算法与优化计算23-25
• 3.3 能耗模型寻优求解25-26
• 3.4 优化算法 MATLAB 仿真26-32
• 3.4.1 仿真依据、具体的方法26-29
• 3.4.2 仿真结果及分析29-32
• 第四章 控制方法及实现32-48
• 4.1 控制方案32-37
• 4.1.1 制冷系统框图及应用33-34
• 4.1.2 二次循环系统的控制34-35
• 4.1.3 辅助机械的控制35-37
• 4.2 空调动态负荷跟踪的节能控制具体实现37-48
• 4.3.1 主要控制设备的选择及性能39-41
• 4.3.2 PLC 控制器 I/O 端口分配及与变频器的连接41-42
• 4.3.3 变频节能系统分析42-44
• 4.3.4 PLC 主要部分程序分析44-48
• 第五章 系统测试结果及结论48-55
• 5.1 调试步骤及内容48
• 5.2 实验数据及测试结果48-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 参考文献57-60
• 附录一60-69
• 致谢69

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