基于TRNSYS的中央空调冷却水系统节能优化仿真研究

【摘要】：随着我国大型公共建筑数量的不断增多，由此带来的建筑高耗能问题也日益严重。中央空调系统在大型公共建筑中扮演着重要的角色，但由于长期在部分负荷下运行、设备设计选型偏大、系统缺少有效控制等方面的原因，系统能耗往往过高且有很大的节能空间。冷却水系统作为中央空调系统的重要组成部分，其控制方式对于中央空调系统总能耗的影响很大，因此，合理的冷却水系统控制方法对于中央空调系统的节能运行具有重要意义。 本课题以广州市某酒店的中央空调冷却水系统为研究对象，基于TRNSYS软件，通过系统实测数据建立了冷却水系统动态仿真平台，采用计算机仿真技术证明了冷却水系统在变风量、变水量运行时的节能性，并对冷却水系统在变风量、变水量运行时的节能运行方法和节能效果进行了研究。 分析了冷却水系统各设备节能运行的特点，风量变化对冷却塔散热能力的影响略大于水量变化对其散热能力的影响；在相同的冷却效果下，与三台冷却塔同步变频运行相比，开启四台冷却塔同步变频运行时的能耗较低；通过仿真计算发现，冷却水流量的减少和冷却水回水温度的升高对冷水机组能效的影响较大，但冷却水系统变流量变风量运行能够达到中央空调系统节能的目的，且节能量随着冷水机组负荷率的减小而增大；不同的控制策略会对系统节能效果产生不同影响，在选择合适的控制策略时，应充分考虑冷水机组的负荷和外界气象条件的变化对节能效果的影响。 在以上分析的基础上，提出了基于遗传算法的中央空调冷却水系统运行参数优化方法，该方法能够根据室外气象参数和中央空调系统冷冻水侧运行参数的变化，在满足冷却水系统运行条件的前提下，实时对冷却水泵和冷却塔电机频率进行优化，达到中央空调冷却水系统节能运行的目的。以2012年9月7日的气象条件和该日此建筑的冷水机组运行情况为背景，利用所建立的中央空调冷却水系统动态仿真平台，对该参数优化方法的节能效果进行了验证，结果显示，该参数优化方法与冷却水定流量运行方法相比节能比例达12.4%，与定冷却水供回水温差控制和定冷却水回水温度控制相比，其节能率分别提高5.1%和3.3%。 【关键词】：冷却水系统 中央空调 节能 参数优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB657.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 课题的提出11-13
• 1.2.1 中央空调冷源系统能耗过高的原因11-12
• 1.2.2 冷却水系统节能优化运行的意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-19
• 1.3.1 中央空调冷却水系统节能运行的研究现状13-15
• 1.3.2 中央空调系统运行仿真的研究现状15-18
• 1.3.3 中央空调系统节能优化算法的研究现状18-19
• 1.4 本文的研究内容19-21
• 第二章 中央空调冷却水系统模型的建立21-37
• 2.1 中央空调冷源系统的基本概况21-23
• 2.1.1 建筑中央空调冷源系统基本情况21
• 2.1.2 中央空调冷源系统运行数据的采集21-23
• 2.2 冷却水泵并联运行能耗模型的建立23-26
• 2.2.1 冷却水泵并联运行能耗模型23-24
• 2.2.2 冷却水系统管路特性的确定24-25
• 2.2.3 水泵能耗模型准确性的验证25-26
• 2.3 冷却塔模型的建立及其参数辨识26-32
• 2.3.1 冷却塔的基本原理26
• 2.3.2 冷却塔的数学模型26-28
• 2.3.3 模型的参数辨识方法28-30
• 2.3.4 模型准确性的验证30-32
• 2.4 离心式冷水机组模型的建立32-36
• 2.4.1 离心式冷水机组模型的建立及参数辨识32-35
• 2.4.2 能耗模型准确性的验证35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 基于 TRNSYS 的中央空调冷却水系统动态仿真平台的建立37-46
• 3.1 TRNSYS 软件简介37-39
• 3.2 仿真平台中冷源系统各部件模块的建立39-44
• 3.2.1 离心式冷水机组模块的建立39-41
• 3.2.2 冷却塔模块的建立41
• 3.2.3 冷却水泵模块的建立41-42
• 3.2.4 MATLAB 模块的嵌入42-43
• 3.2.5 中央空调冷却水系统动态仿真平台的建立43-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 中央空调冷却水系统节能运行分析46-58
• 4.1 冷却塔的节能运行研究46-52
• 4.1.1 风量和水量变化对单台冷却塔散热能力的影响46-48
• 4.1.2 部分负荷下多台冷却塔并联运行的节能性分析48-52
• 4.2 冷却水运行参数变化对冷水机组能效的影响52-54
• 4.3 冷却水泵和冷却塔的调节顺序对节能效果的影响54-55
• 4.4 冷却水系统变流量变风量运行的节能效果分析55-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第五章 基于遗传算法的中央空调冷却水系统运行参数优化方法58-72
• 5.1 遗传算法简介58-61
• 5.1.1 遗传算法的发展及基本概念58-59
• 5.1.2 遗传算法的特点59-60
• 5.1.3 遗传算法的基本流程60-61
• 5.2 中央空调冷却水系统运行参数优化方法61-65
• 5.2.1 优化参数的选取61-62
• 5.2.2 目标函数的选取62
• 5.2.3 约束条件的确定62
• 5.2.4 能耗模型的建立62-63
• 5.2.5 参数寻优的基本流程63-65
• 5.3 遗传算法的实现65-66
• 5.4 基于 TRNSYS 的参数优化方法节能效果验证66-71
• 5.5 本章小结71-72
• 结论与展望72-74
• 参考文献74-79
• 附录79-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83-84
• 附件84

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