变风量空调冷冻水变流量前馈控制与节能效果研究

【摘要】：近年来，我国能源的短缺使人们对建筑节能越来越重视，极大的促进了中央空调控制技术的发展。中央空调节能的关键在于运行控制技术和设备的选择，它直接影响到空调系统建成后寿命期内长期运行的经济性和稳定性。因此，在水系统中选用先进的运行控制技术和设备，提高冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等水系统设备的能源利用效率，对空调系统十分关键。由于空调负荷的多变性，在部分负荷时，冷冻水系统常常在大流量、小温差状态下运行，造成冷冻水泵输送能耗的浪费。利用现代变频调速技术，可以使水泵特性曲线与冷冻水系统在任何流量下的需求相匹配，使工作点与流量变化相适应，从而节约能源。因此，根据负荷的变化动态调节冷冻水流量的变流量系统对空调节能具有十分重要的意义。 由于中央空调冷冻水系统是一个时滞、时变、大延迟、非线性、多变量且之间耦合很强的复杂系统，本文针对冷冻水系统中的送风温度控制回路和供回水温差控制回路中存在的干扰和大延迟，分别提出前馈控制与PID控制、Smith控制和IMC控制相结合的控制策略，通过仿真得出了前馈控制与Smith控制相结合的控制性能优于前两者，并分析其在中央空调变流量水系统中的可行性。最后，将编写好的控制程序加载在变风量空调系统中运行，实现对水系统进行变流量调节，并从控制的结果上与传统控制的能耗进行比较，说明送风温度和供回水温差采用前馈控制与Smith控制具有更好的控制性能和节能效果，为智能控制在中央空调系统中的应用提供了重要的借鉴意义。 【关键词】：冷冻水系统 变流量 前馈控制 Smith控制 大延迟
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU831;TP273
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1.绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.1.1 课题研究背景9
• 1.1.2 课题研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本课题研究内容和要解决的主要问题11-12
• 1.4 论文结构12-13
• 1.5 小结13-15
• 2.变风量空调水系统15-31
• 2.1 变风量空调系统简介15-16
• 2.2 变风量空调水系统概述16-24
• 2.2.1 定流量系统与变流量系统18-20
• 2.2.2 一次泵变流量系统与二次泵变流量系统20-21
• 2.2.3 变速变流量技术在中央空调中的应用21-24
• 2.3 冷冻水系统控制技术24-29
• 2.3.1 送风温度控制24
• 2.3.2 变流量控制24-26
• 2.3.3 变流量前馈控制26-27
• 2.3.4 热水供水温度控制27-29
• 2.4 研究对象和实验平台简介29-30
• 2.5 小结30-31
• 3.变风量空调水系统控制对象的建模与辨识31-45
• 3.1 建模与辨识31-32
• 3.2 最小二乘辨识原理32-34
• 3.3 水系统辨识实验设计34-43
• 3.3.1 水阀—送风温度控制回路建模与辨识34-38
• 3.3.2 水泵频率—供回水温度控制回路建模与辨识38-43
• 3.4 小结43-45
• 4.变风量空调水系统变流量控制仿真45-63
• 4.1 大延迟控制系统设计45-54
• 4.1.1 前馈—PID 控制器设计45-47
• 4.1.2 前馈—Smith 控制器设计47-49
• 4.1.3 前馈—IMC 控制器设计49-54
• 4.2 水系统送风温度控制器设计与仿真54-58
• 4.2.1 AHU1 送风温度控制仿真与分析54-56
• 4.2.2 AHU2 送风温度控制仿真与分析56-58
• 4.3 水系统供回水温差控制器设计与仿真58-62
• 4.3.1 AHU1 供回水温差控制器仿真与分析58-60
• 4.3.2 AHU2 供回水温差控制器仿真与分析60-62
• 4.4 小结62-63
• 5. 变风量空调水系统控制策略的实验与分析63-81
• 5.1 冬季工况热水箱供水温度控制设计63-64
• 5.2 水系统 AHU 送风温度控制设计64-67
• 5.3 水系统 AHU 供回水温差控制设计67-70
• 5.4 实验结果与能耗分析70-78
• 5.4.1 冬季工况热水箱供水温度控制分析70-71
• 5.4.2 AHU 送风温度控制分析71-74
• 5.4.3 AHU 供回水温差控制分析74-77
• 5.4.4 变流量控制系统的实验能耗分析77-78
• 5.5 小结78-81
• 6.总结及展望81-83
• 6.1 总结81-82
• 6.2 展望82-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 附录89-91
• 1.图表索引89-91
• 2.电子文档（另册装订）91
• 3.硕士研究生阶段发表论文情况91

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