水冷式集中控制空调系统节能研究.doc

水冷式集中控制空调系统节能研究 第12卷第4期 2010年7月 铜仁学院 JournaIofTongrenUniversity 水冷式集中控制空调系统节能研究 臧大进一,刘增良,曹云峰 (1.铜陵学院电气工程系,安徽铜陵244000; 2.中国矿业大学,江苏徐州221008; 3.上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240) 摘要:通过对智能建筑中的水冷式集中控制空调运行控制的研究,提出了一种空调运行节能控制方法, 建立了相应的空调系统节能运行控制模型,并基于遗传算法和蚁群算法融合的GAAA算法进行实现.实验说 明本方法有较好的节能效果. 关键词:智能建筑设备;优化控制;节能运行;控制模型 中图分类号:TU831文献标识码:A文章编号:1673—9639(2010)04.0129—05 大量的统计结果表明,智能建筑系统中,空调设备系统, 给排水系统,照明系统的能耗约占智能建筑运行能耗的2/3, 空调系统的运行能耗占这三个系统总能耗的2/3以上,约占 楼宇电耗的40%~60%【JJ.然而中央空调系统却是智能建筑不 可缺少的一部分,从节能降耗的角度中央空调系统降能减耗 自然成为重点的研究对象. 1.空调设备系统能耗分析 1.1.空调设备系统能耗组成和传递过程 本文以智能建筑中使用最广泛的水冷式集中控制空调系 统为例定量分析和研究其优化节能控制的实现方法.其主要 由以下几部分组成: (1)工作区(或居住区).通常是指空气调节系统所控制 范围的工作区域或生活区域,在此空间内,应保持所要求的 室内空气参数. (2)空气的输送和分配部分.主要是指输送和分配空气 的送,回风机,送风管,送,回风口等设备组成. (3)空气的处理部分.是指按照对空气各种参数的要求, 对空气进行过滤净化,加热,冷却,加湿,减湿等处理的设备. (4)空气处理所需的辅助设备.这部分设备指的是为空 调系统提供冷量和热量的设备,如锅炉房,冷冻站,冷水机 组等. 水冷式集中控制空调系统的能量由热源和冷源系统产 生,经水形态传递给风系统,再由风系统将能量传递给被调 节房间,以达到所要求室内环境要求.其能量传递过程可用 下图1表示. 图1空调系统能量传递过程 其总能耗可用下式表示:的电能,包括送风机,回风机,新风风机,排风机所耗动力 ∑E=++E3(1.1)之和. 其中:为冷热源系统工作所消耗的电能,为能量输送1.2.房间冷负荷组成 过程中用于水系统工作的泵所消耗的电能.为风机所消耗由空气调节设计手册可知,空调冷负荷由三部分组成, 收稿日期:2010.06—24 基金项目:安徽省2009—2010自然资金立项资助 作者简介:臧大进(1968.),男,博士,副教授,自动化设计研究所副所长,现从事智能控制与现场总线测控系统的研究与开发. 刘增良(1959一),男,教授,主要从事电力系统自动化方面的研究工作. 曹云峰(1976.),男,博士后,主要从事智能控制和不确定非线性系统控制等研究. 】29 2010年第4期铜仁学院 一 是房间的冷负荷,包括由室内外温差引起建筑物维护结构 传入室内热量形成的冷负荷,太阳辐射传入热量形成的冷负 荷,人体散热散湿形成的冷负荷,室内灯光照明散热形成的 冷负荷,室内设备散热散湿形成的冷负荷,二是室外新风负 荷,为冷却室外新鲜空气所消耗的冷负荷,三是系统冷负荷, 由空调设备升温产生的冷负荷.但一般情况下,在分析空调 系统能耗时,对损失的冷负荷可忽略不计,其制冷负荷为房 间冷负荷与新风负荷之和.空调设备运行目的是为房间提供 一 定的冷量,新风量和保证空气质量. 2.水冷式集中控制空调系统白勺节能模型研究 传统的智能建筑中的空调设备是根据季节变化采用恒定 或人工修正的方式通过对下位机控制器管理,间接进行空调 设备能量管理和控制,其环境适应性差,同时控制的效果无 论是热舒适性还是空气品质都比较差.基于以上考虑,本文 拟建立一个优化的,动态在线的空调设备节能模型,以实现 对空调设备系统节能的智能控制. 2.1.空调房间数学模型推导 2.1.1.空调房间数学模型推导[-】 为处理方便,可将空调房间看作一个恒温室,其能量储 存量的变化率可用下式表示: c1鲁=(L眠)一Lpc】(2.1) 式中,c1为恒温室的容量系数;q为室内散热量;r为恒温 室维护结构的热阻;tn为室外空气温度;L为送风量;P为 空气密度,可取P=1.2;C为空气定压比,可取C=1.01;t 为室内空气温度(回风温度). 在变风量方式下,送风温度f固定,送风量三变化,(2.1) 式变为: C1:Lp~(t一tn)+q0+(2-2) 若分别以t0,q加,t00,Lo表示t,qn,t0,L在 稳态时的值,则(2.2)式变为: △g, 0(f一fo)+g0+!:0(2.3