中央空調運行仿真系統的製作方法

2023-07-19 07:01:31

專利名稱：中央空調運行仿真系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種仿真系統，尤其是一種能夠仿真中央空調實際運行情況，進行系統節能的中央空調運行仿真系統。

背景技術：
近年來，隨著我國經濟和城市建設的飛速發展和人們對工作、生活和學習環境要求的不斷提高，各種類型和規模的建築物不斷興建，中央空調系統已經成為各類公共建築及住房重要的組成部分。目前在中央空調系統應用極為普遍的情況下，它的使用也帶來了巨大的電力消耗，據統計中央空調的耗電量佔整個建築耗電量的一半以上。如此巨大的電力消耗，不僅給電力系統帶來巨大的壓力，同時也給業主帶來了沉重的經濟負擔。針對各類公共建築，特別是大型公共建築，分析其中央空調系統節能運行潛力發現空調主機和風道風機的節能空間較大，可通過對軟、硬體系統進行技術改造，提高現有空調系統和設備運行效率，實現中央空調系統優化運行。
中央空調系統是一個多參量、時變性的複雜系統，其工作狀態及運行過程受多因素制約從冷凍站運行工況方面涉及主機功能、輔機功能、匹配合理性、冷媒循環、水循環、風循環、以及風道設計等；從設備的運行環境方面安裝的地理位置、日照時間及強度、建築牆體的阻熱係數等；從運行管理方面不同的用戶非常個性化，工作時間變化的需求、移動熱源的規律性與變化性等。
目前，我國對中央空調仿真，只是對設備製造的部件仿真，而沒有對系統運行的仿真。國外已有的相關技術軟體有「doe2.2」、「eQuist」、「Energyplus」、「Energy10」等，但是這些軟體卻很難在中國使用，因為這些軟體的功能是基於成熟的系統設計、成熟的工程施工、成熟的運行管理等，比如必須基於完整的設計參數，基於完整的施工圖紙，基於詳細的原始運行記錄。而在中國，改革開放的高速發展，存在有許多非規範行為，各類原始數據不全，而國外的現有技術不能適用於此種情況，需要特別地處理；而且，目前尚沒有針對中央空調系統節能進行仿真的相關技術。


發明內容
本發明的實施例提供一種中央空調運行仿真系統，對中央空調系統的運行工況進行仿真，提供優化參考數據，達到節能目的。
為實現上述目的，本發明提供了一種中央空調運行仿真系統，包括 數據採集模塊，用於採集空調運行仿真所需的建築環境數據； 仿真參數選擇模塊，與所述數據採集模塊連接，用於根據仿真的建築對象，選取仿真用參數和仿真數學模型，並將所述數據採集模塊採集的數據與選取的所述仿真用參數和仿真數學模型傳發送給系統仿真模塊； 系統仿真模塊，與所述仿真參數選擇模塊連接，用於根據採集到的數據，應用選取的仿真參數與仿真數學模型進行仿真運算。
本發明的實施例所提供的中央空調運行仿真系統有以下優點通過對系統的運行情況進行模擬仿真，對運行現狀進行分析，優化運行方案；對現有系統的運行能耗情況進行分析評價，為節能改造提供定量的理論依據。
下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發明的技術方案。



圖1為本發明中央空調運行仿真系統一實施例結構示意圖； 圖2為本發明中央空調運行仿真系統另一實施例結構示意圖； 圖3為本發明中央空調運行仿真系統控制模塊結構示意圖； 圖4為本發明中央空調運行仿真系統再一實施例結構示意圖。

具體實施例方式 如圖1所示，一種中央空調運行仿真系統包括，數據採集模塊1，用於採集空調運行仿真所需的建築環境數據；仿真參數選擇模塊2與數據採集模塊1連接，用於根據仿真的建築對象，選取仿真用參數和仿真數學模型，並將數據採集模塊1採集的數據與選取的所述仿真用參數和仿真數學模型傳發送給系統仿真模塊3；系統仿真模塊3與仿真參數選擇模塊2連接，用於根據採集到的數據，應用選取的仿真參數與仿真數學模型進行仿真運算。
在本實施例所提供的系統中，數據採集模塊1通過實時採集、用戶輸入等方式獲取到仿真所用數據信息，所述數據信息包括中央空調安裝位置的環境參數信息等；採集到得到所用數據信息後，由仿真參數選擇模塊2選取仿真所用變量、常量、修正係數，和基本函數式、輔助函數式、控制策略函數式，然後調用系統仿真模塊3將採集到的數據信息，選取的仿真參數信息，輸入到仿真模塊中通過建立數學模型進行模擬仿真運算。
通過對系統的運行情況進行模擬仿真，對運行現狀進行分析，優化運行方案；對現有系統的運行能耗情況進行分析評價，為節能改造提供定量的理論依據。
進一步地，如圖2所示，系統組成的另一實施方式中，數據採集模塊1包括建築物外環境參數採集模塊11，用於採集建築物外環境參數；建築物圍護結構參數採集模塊12，用於採集建築物圍護結構參數；建築物內環境參數採集模塊13，用於採集建築物內環境參數。
建築物外環境參數採集模塊11採集的參數包括經緯度氣候特徵、地理狀況、周邊環境、建築朝向、日照狀況、室內外設計參數、主導風向等；建築物圍護結構參數採集模塊12採集的參數包括建築材料的阻熱係數、外牆材料、內牆材料、窗牆比、遮陽狀況、外窗材料、建築通透性、門窗尺寸等；建築物內環境參數採集模塊13採集的參數包括由建築內靜態熱源、動態熱源共同組成的熱負荷參數，以及舒適度參數，包含溫度、溼度、二氧化碳，焓值參數等。對於中央空調系統的總負荷應為建築外環境負荷與建築內環境負荷之和再減去建築圍護阻熱負荷。
如圖2所示，仿真參數選擇模塊2包括參數選擇子模塊21，用於根據數據採集模塊1採集的數據，選擇仿真數學模型所需的變量、常量及修正係數；函數式選擇子模塊22與參數選擇子模塊21連接，用於根據參數之間的物理關係選擇數學模型的基本函數式、輔助函數式、控制策略函數式。
如圖2所示，系統仿真模塊3包括建築模塊31，用於應用分布函數建立數學模型，模擬中央空調的安裝環境；冷/熱源模塊32與建築模塊31連接，用於應用分布函數建立數學模型，模擬中央空調製冷/加熱功能；機組模塊33與建築模塊31、冷/熱源模塊32連接，用於應用分布函數建立數學模型，模擬中央空調機組；風道模塊34與建築模塊31、冷/熱源模塊32、機組模塊33連接，用於應用分布函數建立數學模型，模擬風道環境；控制模塊35與建築模塊31、冷/熱源模塊32、機組模塊33、風道模塊34連接，對各模塊進行控制，並應用組合函數對各模塊的模擬結果信息進行仿真運算。
建築模塊31用來計算建築負荷，輸入項包括建築物圍護結構參數、受眾參數、環境參數三大類，輸出的是建築負荷。
圍護結構包括建築的外牆、屋面、外窗、天窗、玻璃幕牆、遮陽 1、外牆、屋面溫差傳熱的冷負荷計算QIW＝KIW×FIWΔt

； 2、外窗、天窗或者玻璃幕牆溫差傳熱的冷負荷計算QWIN＝KWIN×FWIN×Δtτ； 3、外窗(包括天窗或者玻璃幕牆)太陽輻射的冷負荷計算考慮遮陽設施對太陽輻射的影響，分四種情況來考慮 當外窗無任何遮陽設施時 Qf＝FWIN×Xg×Xd×Jwr 當外窗只有內遮陽設施時 Qf＝FWIN×Xg×Xd×Xz×Jnr 當外窗只有外遮陽設施時 當外窗既有外遮陽又有內遮陽時 4、窗口太陽直射的面積FW1計算如下 當mM≤g且lL≤f時，FW1＝BH； 當mM≤g但f<lL<H+f時，FW1＝B(H+F-lL)； 當lL≤f但g<mM<B+g時，Fw1＝(B+g-mM)H； 當f<lL<H+f且g<mM<B+g時，FW1＝(B+g-mM)(H+f-lL)； 當mM≥B+g或者lL≥H+f時，FW1＝0； 式中(單位m)字母代表含義為 B窗洞寬度； H窗洞高度； l水平遮陽板對於窗面的突出長度； m垂直遮陽板對於窗面的突出長度； f水平遮陽板到窗口邊的距離； g垂直遮陽板到窗口邊的距離； L水平遮陽板單位影長； M垂直遮陽板單位影長。
結構參數列表如表1所示 表1

受眾參數及仿真所用函數式包括 1、人體散熱冷負荷計算QP＝Φ×NP×QC×Xτ-t； 2、照明燈具散熱冷負荷計算 白軹燈和鎮流器在空調房間外的螢光燈 QL＝1000×n1×NL×Xτ-t； 鎮流器在空調房間內的螢光燈 QL＝1200×n1×NL×Xτ-t； 暗裝在吊頂玻璃罩內的螢光燈 QL＝1000×n0×n1×NL×Xτ-t； 3、備散熱的冷負荷計算 熱源設備散熱形成的冷負荷 QE＝QES×Xτ-t； 電熱、電動設備散熱形成的冷負荷 電熱設備 QE＝1000×η×n2×n3×n4×NE； 電動機和工藝設備均在空調房間內 QE＝1000×n1×a×NE； 只有電動機在空調房間內 QE＝1000×n1×a×(1-η)×NE； 只有工藝設備在空調房間內 QE＝1000×n1×a×η×NE； 4、人體散溼量和潛熱冷負荷的計算 人體散溼量計算 Dp＝0.001×Φ×Np×g； 人體潛熱冷負荷計算 Qp2＝Φ×Np×QC2； 5、滲入空氣散溼量以及潛熱冷負荷的計算 通過外門開啟滲入室內的空氣量 GS1＝n1×V1×ρw； 通過房間門窗滲入的空氣量 GS2＝n2×V2×ρw； 空氣總滲透量 G＝GS1+GS2； 滲入空氣的散溼量 Ds＝0.001×G×(dw-dn)； 滲入空氣形成的冷負荷計算公式為 QS1＝0.28×ρw×(n1×V1+n2×V2)×(tw-tn)； 滲入空氣形成的潛熱冷負荷 QS2＝0.28×ρw×(n1×V1+n2×V2)×(iw-in)； 6、餐廳食物的散溼量以及潛熱冷負荷的計算 餐廳食物的散溼量DF＝0.012×Φ×Np； 餐廳食物散溼形成的潛熱冷負荷QF2＝688×DF； 7、水面蒸發的散溼量以及潛熱冷負荷的計算 敞開水面蒸發的散溼量計算Dz＝Fgz×gz； 敞開水面蒸發形成的顯熱冷負荷計算Qz＝0.28×r×Dz； 受眾參數列表如表2所示 表2


環境參數及仿真所用函數式包括 室內熱舒適度計算影響舒適度的特性環境包含如下內容幹球溫度、相對溼度、空氣流速、平均輻射溫度。
人體熱平衡方程S＝M-W-E-R-C； 蒸發熱損失方程 E＝L+Ehu+Ep+Eh＝0.0014M(34-tn)+1.72×10-5M(5867-Pf)+ 3.05×10-3(254tp-3335-pf)+0.42(M-W-58.15) 其中tp＝35.7-0.0275×(m-w)； 輻射熱損失方程R＝3.95×108fy[(ty+273)4-(MRT+273)4]；其中衣服熱阻Ry≤0.078m2·℃/W時fy＝1+1.29Ry；衣服熱阻Ry>0.078m2·℃/W時fy＝1.05+0.645Ry；衣著外表面溫度ty，按熱平衡關係為ty＝tp-Ry×(R+C)； 對流熱損失方程C＝fyac(ty-tn)；其中時，ac＝2.38(ty-tn)0.25時 PMV計算方程 PMV＝(0.030e-0.036M+0.028){M-W-3.05×10-3[5733-6.99(M-W)-Pf] -0.42[(M-W)-58.15]-1.7×10-5M(5867-Pf)-0.0014M(34-tn) -3.96×10-8fy[(ty+273)4-(MRT+273)4]-fyac(ty-tn)}； 反映對熱舒適環境不滿意百分數的PPD指標計算方程 PMV指標的判斷標準為 +3熱，+2暖和，+1稍暖和，0適中、舒適-1稍涼快-2涼快-3冷。
舒適度推薦值PPD<10％，-0.5<PMV<+0.5； 溼空氣的基本公式 溼空氣的總壓力為PP＝Pg+Pq； 溼空氣的含溼量d 溼空氣的相對溼度

溼空氣的焓ii＝Cp·g×t+(2500+Cp·q×t)×d； 溼空氣的密度ρ(kg/m3)； 環境參數列表如表3所示 表3

冷/熱源模塊32採用蒸氣壓縮製冷循環作為製冷循環方式，液體蒸發製冷的特徵是利用製冷劑液體在氣化時(蒸發時)產生的吸熱效應，達到製冷目的。液體蒸發製冷構成循環的四個基本過程是 ①將該低壓蒸氣提高壓在普通高壓蒸氣，對應壓縮機，壓縮機的電功率P＝QE-QC＝mg(h2-h1). ②將高壓蒸氣冷凝，使之成為高壓液體，對應冷凝器，QC＝mg(h2-h3)； ③高壓液體降低壓力重新變為低壓液體，對應膨脹閥，h1＝h2； ④製冷劑液體在低壓(低溫)下蒸發，成為低壓蒸氣，完成循環，對應蒸發器，QE＝mg(h1-h4)。每一個過程都對應熱量的輸入與輸出，最終卡諾製冷係數為 冷媒循環參數列表如表4所示 表4
機組模塊33涉及室內總風量與新風量的計算與普通集中式空調系統計算。
1、總風量的計算 要達到熱溼平衡需要滿足以下條件 總熱平衡Gio+Q＝GiN；溼平衡；Gdo+W＝GdN； 因此總風量要求以下風量計算的最大值 G＝Q/(iN-io)或G＝W/(dN-do)； 2、普通集中式空調系統計算 一次迴風系統迴風與室外新風在噴水室(或表冷器)前混合，一次迴風系統夏季空氣處理，一次迴風系統夏季設計工況所需的冷量 室內冷負荷Q1＝G/(iN-iO)； 新風冷負荷Q2＝Gw/(iW-iN)； 再熱量Q3＝G/(iO-iL)； 系統所需要的冷量 Q0＝G(iN-iO)+Gw(iW-iN)+G(iO-iL)＝G(iC-iL)。
二次迴風系統迴風與新風在噴水室(或表冷器)前混合併經熱溼處理後，再次與迴風混合，二次迴風系統夏季空氣處理，二次迴風系統夏季設計工況所需的冷量 室內冷負荷Q1＝G/(iN-iO)； 新風冷負荷Q2＝GW/(iW-iN)； 系統所需要的冷量Qo＝G/(iN-iO)+GW(iW-iN)； 3、風機盤管加新風系統計算 新風與風機盤管各自獨立送入房間；新風有獨立的空氣處理系統，承擔新風負荷，新風處理到室內狀態點的等焓線；風機盤管承擔建築熱負荷。
新風機負荷QW＝GW(iW-iL)； 風機盤管負荷QF＝(G-GW)(iN-iM)； 新風有獨立的空氣處理系統，承擔新風負荷與部分建築負荷，新風處理到室內狀態點的等溼度線；風機盤管承擔部分建築熱負荷。
新風機負荷QW＝GW(iW-iL)； 風機盤管負荷QF＝(G-GW)(iN-iM)； 新風沒有獨立的處理系統，新風引入風機盤管送入房間，風機盤管承擔建築熱負荷與新風負荷。
風機盤管負荷QF＝G(iC-iL)+GW(iW-iL)。
機組模塊參數列表如表5所示 表5
風道模塊34涉及參數及函數式為 1、伯努利方程空氣在風管內流動具有下列關係 2、風管的摩擦阻力 如果是圓形風管D為風管直徑；如果是矩形風管其中a矩形風管的長邊，b矩形風管的短邊 3、局部阻力 4、通風管道的送風量 如果是圓形風管D為風管直徑；如果是矩形風管其中a矩形風管的長邊，b矩形風管的短邊； 5、管道內空氣傳熱損失方程L×ρg×cp(Δt)＝K×F×(tDW-tDN)； 6、空氣管道的漏風量L＝A×ΔPn； 7、管網的特性曲線管網的特性曲線取決於管網的總阻力和管網排出的動壓H＝K×L2； 8、送風時校核射流到達人員活動區時的最大速度VMAXx＝A+(H-h)， 風道模塊參數列表如表6所示 表6

如圖3所示，控制模塊35包括製冷循環參數控制模塊351，用於向冷/熱源模塊提供製冷循環參數；冷卻水系統參數控制模塊352，用於向冷/熱源模塊提供冷卻水系統參數；加熱/冷卻參數控制模塊353，用於向機組模塊提供加熱/冷卻參數；加溼/減溼參數控制模塊354，用於向機組模塊提供加溼/減溼參數；風量/風壓參數控制模塊355，用於向風道模塊提供風量/風壓參數；末端裝置參數控制模塊356，用於向風道模塊提供末端裝置參數。
其中製冷循環參數包括壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器、冷媒等相關參數；冷凍水系統參數包括冷凍水管路、冷凍水泵、冷凍電機等相關參數；冷卻水系統參數包括冷卻水管路、冷卻塔、冷卻水泵、冷卻電機等相關參數。空調機組參數分別為，加熱/冷卻參數包括換熱器、進出水溫度、閥門開度等相關參數；加溼/減溼參數包括加溼器閥門開度、噴水室、冷卻水溫等相關參數；過濾參數包括過濾氣壓差、焓值等相關參數。風道相關參數分別為風量/風壓參數包括風道系統、風機、迴風閥開度等相關參數；末端裝置參數包括封口形式、誘導器、排風閥開度等相關參數；氣流組織形式包括送迴風口位置、送迴風口數量等相關參數。
控制模塊35還包括冷媒循環控制子模塊357，用於基於卡諾循環的物理公式，控制各個模塊模擬冷媒循環過程，進行冷媒循環過程的仿真運算；水循環控制子模塊358，與冷媒循環控制子模塊357連接，用於基於熱力學第一定律和流體力學公式，控制各個模塊模擬水循環過程，進行水循環過程的仿真運算；風循環控制子模塊359，與冷媒循環控制子模塊357、水循環控制子模塊358連接，用於基於流體力學即離心式負載公式，控制各個模塊模擬風循環過程，進行風循環過程的仿真運算。
控制模塊35根據控制參數控制各模塊工作，控制參數包括控制策略變風量、變流量、模糊控制、時序控制、集散控制、遠程控制、智能控制等相關策略；控制設備參數控制器、傳感器、執行器、變頻器、組態軟體、電源設備等相關參數；控制對象參數對象、控制邏輯、設定參數。控制模塊作用關鍵，其優劣幾乎決定了整個中央空調系統運行效率的50％，基於主機工況的控制、基於建築內動態負荷管理的控制、基於系統末端的控制、變流量控制、變風量控制、全空氣交換控制、空氣品質優化控制、基於建築外實時氣象參數的控制，基於牆體阻熱變化的控制等，控制策略的變化將間接反映在仿真結果中。各模塊相互配合完成仿真工作。
控制模塊35主要制定合理的控制策略。控制模塊35是與冷媒循環控制子模塊357、水循環控制子模塊358、風循環控制子模塊359分離的模塊，它不直接參與系統負荷的交換，不會產生熱量，其主要目標在於對能源進行合理的管理與控制，對三個循環系統進行優化，在負荷不變的條件下，通過合理的機組群控策略、新風控制策略、水泵變頻控制策略等間接參與到三大循環中，提高能源的利用效率。
控制模塊主要從兩部分入手，一部分為邏輯控制模型。邏輯控制模型著眼於控制目標之間的邏輯關係。在此控制模型中考慮目標控制對象與輸出變量之間存在精確的數學模型，通過對目標變量的改變就一定在輸出變量作出反應，兩者之間是一一對應的。邏輯控制模型控制簡單、時序性強，能夠直觀的看出控制目標與需求的關係，並制定相應的控制方案。控制模塊的第二部分為概率控制模型。中央空調系統的特徵是時滯、時變、非線性、多參量且參量之間耦合很強的複雜系統。其複雜性表現為結構的高度複雜性；環境和負荷特性的高度不確定性；大時滯多個慣性環節；高度非線性；大惰性；複雜的信息結構。
這些都難以用精確的數學模型或方法來描述。基於精確模型的傳統控制難以解決這樣複雜系統的控制。基於概率的控制規則，利用統計與概率對系統進行類似人腦的知識處理，實現對複雜系統的優化控制。概率控制模型利用知識庫，通過推理把某些知識與過程狀態結合起來，以實現空調系統各受控參量的優化控制。概率控制是一種非線性控制、動態控制、基於知識、經驗的推理和決策的智能控制。實現系統的運行信息綜合和數據共享，確保中央空調主機、冷凍水系統、冷卻水系統和冷卻塔風機等全系統協調運行和綜合性能優化。
仿真系統的採集目標包括室外氣象參數室外幹球溫度、溼球溫度、露點溫度、相對溼度、絕對溼度、太陽輻射參數、風速、風向等；室外氣象參數可以利用實時的衛星數據採集；室內溫度、溼度(裝在迴風管)；室內外壓差；新風溫度、溼度(裝在新風管)；新迴風比例監控；冷凍水進出口溫度；冷卻水進出口溫度；冷水機組電流、頻率、功率；冷凍泵、冷卻泵的頻率及電流、電壓、功率；風機的頻率及電流、電壓、功率，電動閥門的開度，表冷器閥門開度；冷卻塔風機電流、功率；CO2濃度(分壁掛式和風管式，壁掛式在室內，風管式在迴風管)。
控制的首要目標是保證室內的熱舒適性，根據此舒適性目標對機組的臺數、流量等進行調整。為了節省能源，在夏季，取溫度與溼度較高的設計參數，而在冬季可以取溫度與溼度較低的設計參數作為控制的目標。
空調主機的控制是跟蹤冷量的需求，控制空調主機運行的臺數和起停時間，調整冷凍水量，調整出水溫度。簡單的控制是僅包括機組的控制，對水泵和冷卻塔實行一臺主機對應一臺冷卻塔及幾臺水泵，依靠主機的起停控制水泵及冷卻塔的起停，複雜的控制需要模糊控制、神經網絡控制及專家控制等多種算法。
中央空調的監視是指採用樓宇設備監控系統對現代化建築的中央空調系統進行監控的技術。對中央空調監控可以設三級集散式監控系統，即由管理級、監控級、現場控制級構成。
對機組的起停控制，保證機組最大效率運行，同時可以利用建築熱惰性及室外氣象參數，合理利用峰谷電價，調整機組的起停時間及臺數，具體方案採用熱量/流量控制法，同時考慮流量與熱量控制的作用。啟動機組控制判據在啟動新增加的冷水機組時判定下列兩點 1)判定大樓對熱負荷的需求恰好超過在線運行的冷水機組的能力時； 2)判定大樓對冷凍水流量的需求恰好超過在線運行的冷水機組的能力時； 3)以上兩條判據同時成立，發出開機信號； 為了實現以上條件，需要監測的目標有冷凍水進出水溫度、冷凍水流量、室內的溫溼度。當冷凍水流量最大，室內溫溼度也超過舒適區域時，啟動第二機組。
停止機組控制判據在停止一臺運行的冷水機組時判定下列兩點 1)如果有N臺冷水機組在線運行，判定一個負荷量的切換點，在這一點，N-1臺冷水機組的額定負荷能力恰好等於當前N臺冷水機的負荷量； 2)判定這樣一個工作點，在這一點停止一臺在線運行冷水機將不會導致大樓對冷凍水的需求量大於其餘正在運行的冷水機組的能力； 3)以上二條判據同時成立才有效，為充分必要條件。
還可以採用壓差/流量控制法。壓差控制法控制原理集水器和分水器之間旁通管路上設有壓差電動調節閥。供回水總管之間壓差增大，說明用戶負荷及負荷側水流量減少，則調節旁通閥使其開度變大。但僅根據壓差進行臺數控制是很困難的。壓差的信號可以由壓差兩個壓力傳感器獲取信號後進行計算得到，或者直接由壓差傳感器得到。在壓差控制法的基礎上，在旁通管上加一個流量計和水流開關，就可以實現臺數控制。
如何判定開停哪一臺機組 備選開機條件(在需要開啟一臺冷水機組時可按)當前停運時間最長的優先；累計運行時間最少的優先；或者輪流排隊。
備選停機條件(在需要停運一臺冷水機組時可按)當前運行時間最長的優先；累計運行時間最長的優先；或者輪流排隊等。
制冷機運行臺數效率控制有最優效率法和最少運行臺數法。對不管在多少負荷下運行效率都差不多的情況下採用最少運行臺數法，對在某一負荷區內效率較高的冷水機組可採用最優運行效率法。即儘量讓每一臺運行的冷水機組都運行在高效區。(冷機的聯控主要考慮到一般冷機的效率最高點並不是100％負荷運行時，在相同供冷負荷下，有時2臺冷機在部分負荷率下的綜合運行效率可能會比單臺冷機滿負荷運行時高)。
制冷機變水溫控制策略根據經驗冷水機組供水溫度每提高一度，其能耗下降3～5％。這主要是由於蒸發溫度提高，壓縮機的效率也會提高，從而能夠輸出較大的冷量，而壓縮機的軸功基本不變，因此機組的C0P得到了提高。冷凍水溫度提高也可以延遲第二機組的開機時間，當提高溫度增加的製冷量也不夠，必須要開第二臺機組時，兩臺機組可以降低供水溫度，使兩個機組都在高效區運行。
制冷機的水溫控制可以參考機組臺數的控制方法，根據建築負荷及流量來控制。當多臺制冷機同時運行時，可以提高一臺制冷機的水溫而其他制冷機水溫不變，這樣可以最大化的使多臺機全負荷運行。提高冷凍供水溫度，這時末端閥門應該會比原來開大一些，末端二通閥最好長期工作在80％或以上的開度，長期處於小開度對閥和表冷器都不利。
變冷凍水流量的變頻控制冷凍水的流量根據冷負荷與管路阻力調節。應該根據最不利迴路末端壓差控制冷凍水泵。壓差增大，運行頻率減小。反之增大運行頻率。減小流量時，通常會碰到制冷機最低流量的問題。末端壓差增大時優先考慮降低冷凍水泵運行頻率，降低快到冷機最低流量時開始開啟分集水器旁通閥，以保證冷機最低流量。運行過程中應該儘量減少旁通閥的開啟機會，這樣可以避免供回水直接混合(變流量還應當和變水溫結合，實現由單純水量的調節變為溫度+量的調節)。
中央空調冷凍水的變頻控制分一次泵變頻控制與二次泵變頻控制。一次泵變頻控制是每臺主機配置一臺冷凍水泵和一個變頻器，通常設置一臺備用冷凍水泵，備用泵與工作泵間切換運行，備用泵不單獨配置變頻器。在供回水總管中設置電動旁通閥，檢測供回水總管壓差的數值

P，將

P實測值與設定值進行比較，控制系統根據比較值調整變頻器輸出頻率與電壓，控制冷凍水泵的轉速。當空調負荷減少時，冷凍水供回水壓差將增高，壓差傳感器檢測出壓差的變化趨勢後，控制系統將自動調整冷凍水泵工作頻率降低，使冷凍水供水流量減少，保持冷凍水供回水壓差恢復到給定值，系統進入穩定狀態，達到節電效果。
中央空調一次、二次泵變頻控制二次泵變頻控制是平衡管AB將泵系統分成兩部分，即初級泵系統和次級泵系統。平衡管AB既能讓冷凍水從A流向B，也能讓冷凍水從B流向A。系統運行時，用戶負荷的冷凍水是由次級泵直接供給的，通過檢測供回水總管的冷凍水溫度T1、T2，及供回水總管的冷凍水流量W1、W2，變頻調速控制裝置確定需要運行次級泵的臺數和運行頻率。
冷卻水系統節能控制策略常規的做法是冷卻水泵採用軟啟動器啟動，定流量運行，只對冷卻塔的的運行臺數進行控制。根據制冷機出口冷卻水溫度控制冷卻塔運行臺數，也有的根據冷卻水供回水溫差控制冷卻塔運行臺數。現在已經有公司提出冷卻水也進行變頻變流量控制。根據冷水機組冷卻水出口溫度控制冷卻水泵運行頻率，根據冷卻塔出口溫度即冷水機組冷卻水入口溫度來控制冷卻塔。
每套空調主機配一臺冷卻水泵和一臺變頻器，外加一臺備用冷卻水泵。控制方式採取保持進水溫度T2為定值，用出水溫度T1與進水溫度的溫差

T作為控制值。當溫差高於設定值時，提高冷卻水泵的轉速，使溫差返回到設定值；當溫差低於設定值時，降低冷卻水泵的轉速，使溫差回到設定值，建立新的平衡。
冷卻塔的控制策略冷卻塔的控制主要是冷卻風機的啟停控制策略。通常工程是一臺冷機對應一臺冷卻塔的功能設計，運行哪臺冷機時就對應使用哪個冷卻塔，比較風機溫度設定值與冷卻塔出水溫度，決定冷卻塔風機啟動與否。當負荷較小僅開一臺制冷機時可以考慮同時走兩個冷卻塔，這樣就需要在冷卻塔裝雙速風機，能夠更好的對冷卻水進行降溫，提高製冷效率。由於冷卻塔的總耗能量在整個空調系統中佔比重較小，因此不需要加變頻控制。
對風系統的調節方案在智能建築風系統的控制包括中央空調系統末端的新風機、迴風機、變風量風機、風機盤管等裝置進行狀態監視和使用的「精細化」控制，以實現節能目的。
新風的利用及負荷消減新風是一個非常重要的方面，新風多對人體的健康至關重要，新風多人會感覺舒適，國家對新風量有一定的標準，每人的新風量不小於30m3/h。當室外溫度過高時新風會增加室內的負荷，而室外溫度較低時增加新風又會減小空調的負荷，同時新鮮室內空氣，新風的多少要比較室內外焓值，以決定在過渡季節新迴風門的開度，以利於節約能源。同時保證新風門最小開度。當風機停運時，或處於除溼工況時，風門強制關閉。新風量的大小依據室內外焓差、C02的濃度及室內外的壓差決定。
周邊區與內部區的控制為了使空調區域的溫度分布均勻，減小水平方向的溫度梯度，大面積的商業空調系統一般都採用周邊區與內部區分別空調的分區空調方式。對於內部區，空調負荷一般只包括了照明、機械設備、人體的負荷和新風負荷，而周邊區的空調負荷，主要為外圍護結構負荷。隨著室外氣象條件的變化，周邊區空調運行工況需要交替供熱或供冷。因此，周邊區的空調自控與內部區的空調自控往往是分別單獨進行的。
本實施例提出了計算外圍護結構熱負荷和實時監控迴風溫溼度兩種方法交換進行來解決此問題。因為周邊區空調負荷主要為外圍護結構負荷，因此可以設想只要能夠測出外圍護結構負荷，則可通過控制周邊區空調機釋放出同樣大小的顯熱負荷，以此來維持周邊區空氣溫度。稱此周邊區空調自控方式為外圍護結構負荷控制。同時，監測迴風的溫溼度情況，控制表冷器閥門微調，使迴風溫溼度不超過熱舒適區域。
冷媒循環控制子模塊357仿真涉及的參數及函數式如上述冷/熱源模塊的相同，水循環控制子模塊358仿真所涉及的參數及函數式包括 冷卻水循環 1)冷卻水流量 2)冷卻水水泵揚程HCo＝hf+hd+hm+hs+h0； 3)冷卻水泵的軸功率 4)冷卻水泵的電功率 冷凍水循環 1)冷凍水流量 2)冷凍水泵揚程HCh＝hf+hd+hm+hs； 3)冷凍水泵的軸功率 4)冷凍水泵的電功率 水循環參數列表如表7所示； 表7

如表8所示為為水泵的分級效率。
表8 如表9所示為水泵的電極容量安全係數Kp。
表9 風循環控制子模塊359仿真所涉及的參數及函數式包括 1、通風機的總效率 2、通風機配用電機功率 3、通風機的溫升 4、風機的特性曲線對於同一型號的風機，當它的主軸轉速Sf變化時，其風量L、風壓H、功率W均發生變化，依照這四個變量相互變化繪製的曲線就是風機的特性曲線 如表10為風循環參數列表。
表10

如表11所示為電機容量安全係數表。
表11 如圖4所示，系統組成的再一實施方式中，系統還包括數據預處理模塊4，與數據採集模塊1、仿真參數選擇模塊2連接，用於對採集到的數據進行預處理。因為通過例如在線實時採集的數據，將受到外界因素的幹擾，產生偏差，對採集的數據信息進行預處理，濾除無用數據，保證仿真的準確性。進一步，一次仿真所得到的結果可能達不到實際需求，一般將會對仿真結果進行修正，再次進行仿真，此功能由仿真結果修正模塊5完成，仿真結果修正模塊5與仿真參數選擇模塊2、仿真結果修正模塊5連接，用於對仿真結果進行修正。當仿真結果信息不滿足要求，則仿真結果修正模塊5則通過其包括的用於調整仿真參數的仿真參數修正子模塊與用於調整仿真控制函數的仿真函數修正子模塊，重新調整仿真參數和函數，再次仿真。系統還提供資料庫6，與仿真參數選擇模塊2、仿真結果修正模塊5連接，用於存儲優化數據信息。另外，系統中還可根據實際需要增加其它功能模塊，並與現有模塊進行配合工作，實現具體功能。
以上實施例所提供的中央空調運行仿真系統對於施工過程中發生的管線變更、設備更換等給予定量的預測和評價，並對施工效果進行評估；在設計初期利用專家系統給設計提供參考，中期校核設備選型，後期校核整體設計方案；通過對系統的運行情況進行模擬仿真，對運行現狀進行分析，優化運行方案；對現有系統的運行能耗情況進行分析評價，為節能改造提供定量的理論依據。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1、一種中央空調運行仿真系統，其特徵在於，包括
數據採集模塊，用於採集空調運行仿真所需的建築環境數據；
仿真參數選擇模塊，與所述數據採集模塊連接，用於根據仿真的建築對象，選取仿真用參數和仿真數學模型，並將所述數據採集模塊採集的數據與選取的所述仿真用參數和仿真數學模型傳發送給系統仿真模塊；
系統仿真模塊，與所述仿真參數選擇模塊連接，用於根據採集到的數據，應用選取的仿真參數與仿真數學模型進行仿真運算。
2、根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統仿真模塊包括
建築模塊，用於應用分布函數建立數學模型，模擬中央空調的安裝環境；
冷/熱源模塊，與所述建築模塊連接，用於應用分布函數建立數學模型，模擬中央空調製冷/加熱功能；
機組模塊，與所述建築模塊、所述冷/熱源模塊連接，用於應用分布函數建立數學模型，模擬中央空調機組；
風道模塊，與所述建築模塊、所述冷/熱源模塊、所述機組模塊連接，用於應用分布函數建立數學模型，模擬風道環境；
控制模塊，與所述建築模塊、冷/熱源模塊、機組模塊、風道模塊連接，對各模塊進行控制，並應用組合函數對各模塊的模擬結果信息進行仿真運算。
3、根據權利要求2所述系統，其特徵在於，所述控制模塊包括
製冷循環參數控制模塊，用於向冷/熱源模塊提供製冷循環參數；
冷卻水系統參數控制模塊，用於向冷/熱源模塊提供冷卻水系統參數；
加熱/冷卻參數控制模塊，用於向機組模塊提供加熱/冷卻參數；
加溼/減溼參數控制模塊，用於向機組模塊提供加溼/減溼參數；
風量/風壓參數控制模塊，用於向風道模塊提供風量/風壓參數；
末端裝置參數控制模塊，用於向風道模塊提供末端裝置參數。
4、根據權利要求2或3所述的系統，其特徵在於，所述控制模塊還包括
冷媒循環控制子模塊，用於基於卡諾循環的物理公式，控制系統仿真模塊中的各個模塊模擬冷媒循環過程，進行冷媒循環過程的仿真運算；
水循環控制子模塊，與所述冷媒循環控制子模塊連接，用於基於熱力學第一定律和流體力學公式，控制系統仿真模塊中的各個模塊模擬水循環過程，進行水循環過程的仿真運算；
風循環控制子模塊，與所述冷媒循環控制子模塊、所述水循環控制子模塊連接，用於基於流體力學即離心式負載公式，控制系統仿真模塊中的各個模塊模擬風循環過程，進行風循環過程的仿真運算。
5、根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，數據採集模塊包括
建築物外環境參數採集模塊，用於採集建築物外環境參數；
建築物圍護結構參數採集模塊，用於採集建築物圍護結構參數；
建築物內環境參數採集模塊，用於採集建築物內環境參數。
6、根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述仿真參數選擇模塊包括
參數選擇子模塊，用於根據所述數據採集模塊採集的數據，選擇仿真數學模型所需的變量、常量及修正係數；
函數式選擇子模塊，與所述參數選擇子模塊連接，用於根據參數之間的物理關係選擇數學模型的基本函數式、輔助函數式、控制策略函數式。
7、根據權利要求1至6所述的任一系統，其特徵在於，還包括數據預處理模塊，與所述數據採集模塊、所述仿真參數選擇模塊連接，用於對採集到的數據進行預處理，並將預處理後的數據發送給所述仿真參數選擇模塊。
8、根據權利要求1至6所述的任一系統，其特徵在於，還包括仿真結果修正模塊，與所述系統仿真模塊、所述仿真參數選擇模塊連接，用於根據所述仿真參數選擇模塊中提供的修正係數對仿真結果進行修正。
9、根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述仿真結果修正模塊包括
仿真參數修正子模塊，用於調整仿真參數；
仿真函數修正子模塊，與所述仿真參數修正子模塊，用於調整仿真控制函數。
10、根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，還包括資料庫，與所述仿真參數選擇模塊、所述仿真結果修正模塊連接，用於存儲採集的數據、仿真參數與仿真數學模型、仿真修正後的優化數據信息。
全文摘要
本發明涉及一種中央空調運行仿真系統，包括數據採集模塊，用於採集空調運行仿真所需的建築環境數據；仿真參數選擇模塊，與所述數據採集模塊連接，用於根據仿真的建築對象，選取仿真用參數和仿真數學模型，並將所述數據採集模塊採集的數據與選取的所述仿真用參數和仿真數學模型傳發送給系統仿真模塊；系統仿真模塊，與所述仿真參數選擇模塊連接，用於根據採集到的數據，應用選取的仿真參數與仿真數學模型進行仿真運算。本發明所提供的中央空調運行仿真系統能夠對中央空調系統的運行工況進行仿真，為系統節能提供參考數據。
文檔編號G06F17/50GK101393570SQ20071015414
公開日2009年3月25日 申請日期2007年9月19日 優先權日2007年9月19日
發明者劉志剛, 磅 劉 申請人:深圳達實智能股份有限公司