中央空调水系统节能控制研究

【摘要】：随着世界能源的日益短缺,节能问题已成为一个越来越迫切的问题。据相关统计,中央空调能耗约占建筑总能耗的50%,水系统的能耗占中央空调能耗的60%左右。中央空调的设计容量是系统的最大冷负荷,中央空调系统大部分时间是在部分负荷下运行,国内绝大多数的中央空调水系统采用定流量工作方式,在系统对冷量的需求发生变化时,水泵始终按照设计工况全速运行,水流量不能跟随实际负荷需求变化,导致水泵输送能耗浪费巨大。变流量是根据空调的实际负荷变化要求对水系统进行流量调节的方式,能够实现水流量跟踪实际负荷。 本文通过对中央空调系统、水系统的工作原理的分析研究,对水泵进行变频调速以实现变水流量来满足部分负荷下空调区域对冷量的需求,在满足系统要求下最大限度的降低能耗,针对中央空调系统的三个子系统分别设计了变频控制方案。 中央空调冷水系统是典型的非线性、时变、多变量的复杂系统,难以建立其精确数学模型,常规控制手段因对精确数学模型的强烈依赖性,难以在中央空调水系统中取得满意的控制效果,模糊控制不需要被控对象精确的数学模型,对各种干扰、噪声都有较强的抑制能力。本文中提出了基于模糊推理方法对PID控制器参数进行整定,设计出相应的自适应模糊PID控制器。仿真研究表明,自适应模糊自整定PID控制器既具有常规PID高精度的优点,又具有模糊控制快速、适应性强的特点,使被控对象具有良好的动、稳态特性。 最后,针对合肥某公司生产车间的中央空调系统进行水系统改造,搭建了系统的硬件平台,利用Modbus协议实现了研华PAC与变频器之间的可靠通讯,降低了现场的干扰。在满足生产条件的基础上,取得了良好的节能效果。 【关键词】：中央空调 冷水系统 变流量 自适应模糊 PID 控制 Modbus
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB657.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外中央空调水系统控制方法研究现状10-12
• 1.3 本文的研究内容与研究方法12-14
• 第二章 中央空调水系统变流量节能分析14-28
• 2.1 中央空调制冷系统的结构及原理14-16
• 2.1.1 制冷工作原理14-15
• 2.1.2 中央空调系统结构15-16
• 2.2 中央空调水系统组成和特性分析16-17
• 2.2.1 中央空调水系统概述16
• 2.2.2 中央空调水系统特性16-17
• 2.3 中央空调水系统变水量调节的原理及实现17-21
• 2.3.1 变水量系统的基本原理18
• 2.3.2 水系统变水量控制的实现18-20
• 2.3.3 中央空调变水流量系统的特点20
• 2.3.4 基于模糊控制的变水流量控制20-21
• 2.4 中央空调水系统变频节能优化控制方案设计21-27
• 2.4.1 冷冻水泵变频控制方案设计21-23
• 2.4.2 冷却水泵变频控制方案设计23-25
• 2.4.3 冷却塔风机变频控制方案设计25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 中央空调冷冻水系统自适应模糊 PID 控制器设计28-46
• 3.1 模糊控制理论28-30
• 3.1.1 模糊控制思想28-30
• 3.1.2 模糊控制的特性30
• 3.2 模糊控制器的设计30-33
• 3.2.1 模糊控制器的结构30-31
• 3.2.2 输入变量的模糊化31
• 3.2.3 模糊控制规则的设计31-32
• 3.2.4 输出变量的反模糊化32-33
• 3.3 自适应模糊 PID 控制器设计33-37
• 3.3.1 自适应模糊PID 控制原理33-34
• 3.3.2 自适应模糊PID 控制器的设计34-37
• 3.4 仿真研究37-44
• 3.4.1 冷冻水系统模型37
• 3.4.2 仿真设计研究37-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 中央空调水系统变频控制系统的实现46-60
• 4.1 系统分析46-47
• 4.1.1 原型介绍46
• 4.1.2 系统改造总体方案设计46-47
• 4.2 基于研华 PAC 的控制器硬件平台的搭建47-52
• 4.2.1 控制系统硬件选型47-50
• 4.2.2 硬件平台的搭建50-52
• 4.3 通讯实现52-59
• 4.3.1 主控制器和变频器之间的通讯实现52-53
• 4.3.2 Modbus 通讯协议53-57
• 4.3.3 变频器通讯的设置57
• 4.3.4 ADAM 与变频器通讯协议实现57-58
• 4.3.5 节能分析58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 结束语60-62
• 5.1 本文总结60
• 5.2 未来展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果67

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