一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于特征识别的既有空调系统仿真模拟方法，包括：根据既有空调系统的实测运行数据，采用最小二乘法分别求解空调系统中的冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型以及流体输配管路阻力模型的特征参数；按照空调系统实际运行流程将已求得模型参数的各部件模型进行模拟连接；根据模拟工况的相关输入参数对空调系统进行仿真模拟，输出该空调系统运行性能参数。该空调系统仿真模拟方法将理论分析、实际测试与仿真模拟相结合，能够较好的表征空调系统在不同运行工况下的性能变化规律，可作为空调系统整体性能模拟预测的基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空调系统仿真模拟领域，涉及一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法。
技术介绍
传统空调系统选型设计是以其额定工况下运行最佳为依据，而实测数据表明，空调机组80％以上的运行时间在60％以下的部分负荷下运行，因此针对以额定工况下运行最佳而设计的空调系统，需要对不同的负荷变化对空调系统进行节能优化运行及对应的控制策略研究，以避免部分负荷下系统运行效率的降低。基于空调负荷变化规律，从系统整体运行最佳的角度对空调系统各节能优化控制策略进行对比分析研究，借助仿真模拟手段是较易实现的方法。在对既有建筑空调系统进行建模仿真时，由于实际空调系统各部件的具体结构参数难以获取，导致对依据设备具体结构参数进行的精确模拟较难实现，使得常规的建模方法在实际应用中存在局限性。针对实际建筑空调系统各部件具体结构参数缺乏的问题，国内外许多学者提出了对已有的仿真模型进行适当简化或结合实测数据获取经验与半经验公式的方法建立结构参数缺乏条件下的设备模型。但通过简化理论模型或基于经验公式建立的仿真模型精确度较低且难以在不同系统中推广，基于拟合公式的仿真模型需要以海量实测运行数据为基础，而在实际既有空调系统中，现实条件允许的测量实际运行参数的手段有限。因此需要提出结构参数缺乏条件下，精度较高、适用性较广且所需实测参数较少并在实际空调系统中能够方便获得的建模方法。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提出一种在既有空调系统各部件具体结构参数缺乏的条件下，具有精度较高，适用性较广且所需实测参数在实际空调系统中能够方便获得的空调系统特征识别方法，并基于该特征识别方法对空调系统进行仿真模拟。技术方案：本专利技术的基于特征识别的空调系统仿真模拟方法，包括以下步骤：(1)根据既有空调系统的实测运行数据，采用最小二乘法分别求解得到以下几种模型的模型参数：空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型，将所求得的模型参数作为表征各部件结构特性的特征参数；(2)按照所仿真模拟空调系统的实际连接关系，将所述空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型进行模拟连接；(3)设定以下系统运行指标：冷水机组蒸发温度、冷水机组冷凝温度、表冷器进口冷冻水温和冷却塔进口冷却水温，将所述系统运行指标与模拟工况参数一并输入已在所述步骤(1)中确定了特征参数的各模型，计算得到空调系统各运行状态参数。进一步的，本专利技术方法中冷水机组性能预测模型包括蒸发器模型、冷凝器模型、压缩机模型和节流阀模型：a.所述蒸发器模型在变水量工况下为：Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(3)所述蒸发器模型在变水温工况下为：Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(8)式中，Qe1、Δte1分别为两相区的换热量和换热温差；Qe2、Δte2分别为过热区的换热量和换热温差；mw,e为冷冻水流量；cp,w为水的比热；mr为制冷剂流量；A＊e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；x1为根据不同结构形式蒸发器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B＊1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y1为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C＊e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；B＊2,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y2为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；Qe为蒸发器总换热量；twi,e，two,e分别为冷冻水进口温度和出口温度；tw1,e为两相区冷冻水入口温度；hei，heo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；te为冷水机组蒸发温度；teo为压缩机吸气温度，即蒸发器出口的制冷剂温度；b.所述冷凝器模型在变水量工况下为：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(11)所述冷凝器模型在变水温工况下为：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(16)式中，Qc为冷凝器换热量；mw,c为冷却水流量；twi,c，two,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度；hci，hco分别为冷凝器入口焓值和出口的焓值；Δtc1，Δtc2，Δtc3分别为冷凝器过冷区、两相区和过热区的换热温差；A＊c为需要确定的冷凝器模型参数；x2为根据不同结构形式冷凝器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B＊1,c为需要确定的冷凝器模型参数；y3为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C＊c为需要确定的冷凝器模型参数；B＊2,c为需要确定的冷凝器模型参数；y4为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；B＊3,c为需要确定的冷凝器模型参数；y5为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；tc为冷水机组冷凝温度；tco为制冷剂在冷凝器出口的温度；tw1,c，tw2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度；tci为压缩机排气温度；c.所述压缩机模型为：Vth＝ψVth0(22)式中，mr为制冷剂的质量流量；λ为输气系数；Vth为压缩机理论输气量；v1为压缩机吸气比容；ψ为冷水机组负荷率；Vth0为压缩机额定工况下理论输气量；Teo为吸气温度；Tci为排气温度；pc为冷凝压力；pe为蒸发压力；k为压缩过程多变指数；Pth为压缩机理论功率；Pin为压缩机实际功率；ηe为压缩机的电能效率；d.节流阀模型为：hco＝hei(26)teo＝te+Δte(27)tco＝tc-Δtc(28)式中，hco为节流阀入口焓值；hei为节流阀出口焓值；Δte为过热度；Δtc为过冷度；所述表冷器性能预测模型包括表冷器换热量模型、表冷器传热效能模型、表冷器接触系数模型、表冷器传热单元数模型、热容比模型、出风参数模型；所述表冷器换热量模型为：Qb＝ma,b(hai,b-hao,b)＝mw,bcp,w(two,b-twi,b)(29)所述表冷器传热效能模型为：所述表冷器接触系数模型为：(31)所述表冷器传热单元数模型为：所述热容比模型为：所述出风参数模型，在干工况时为：tgo,b＝tgi,b-ε1,b(tgi,b-twi,b)(34)所述出风参数模型，在湿工况时为：tgo,b＝tgi,b-ε2,b(tgi,b-tb)(36)tso,b＝tgo,b-(1-ε2,b)(tgi,b-tsi,b)(37)所述出风参数模型，在临界工况时，采用上述干工况时、湿工况时的出风参数模型均可；式中，Qb为表冷器换热量；ma,b为空气质量流量；hai,b为空气入口焓值；hao,b为空气出口焓值；mw,b为水流量；twi,b，two,b分别为表冷器进口水温和出口水温；ε1,b为表冷器传热效能；tgi，tgo分别为空气进口干球温度和出口干球温度；γ为热容比；NTU为表冷器传热单元数；ε2,b为表冷器接触系数；tso,b，tsi,b分别为空气出口湿球温度和进口湿球温度；ao,b为空气侧换热系数；Fb为表冷器总换热面积；cp,a为空气比热；Kb为表冷器总传热系数；tLi为空气进口露点温度；所述冷却塔性能预测模型，在冷却塔内空气在非饱和状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)根据既有空调系统的实测运行数据，采用最小二乘法分别求解得到以下几种模型的模型参数：空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型，将所求得的模型参数作为表征各部件结构特性的特征参数；(2)按照所仿真模拟空调系统的实际连接关系，将所述空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型进行模拟连接；(3)设定以下系统运行指标：冷水机组蒸发温度、冷水机组冷凝温度、表冷器进口冷冻水温和冷却塔进口冷却水温，将所述系统运行指标与模拟工况参数一并输入已在所述步骤(1)中确定了特征参数的各模型，计算得到空调系统各运行状态参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)根据既有空调系统的实测运行数据，采用最小二乘法分别求解得到以下几种模型的模型参数：空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型，将所求得的模型参数作为表征各部件结构特性的特征参数；(2)按照所仿真模拟空调系统的实际连接关系，将所述空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型进行模拟连接；(3)设定以下系统运行指标：冷水机组蒸发温度、冷水机组冷凝温度、表冷器进口冷冻水温和冷却塔进口冷却水温，将所述系统运行指标与模拟工况参数一并输入已在所述步骤(1)中确定了特征参数的各模型，计算得到空调系统各运行状态参数。2.根据权利要求1所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)中，冷水机组性能预测模型包括蒸发器模型、冷凝器模型、压缩机模型和节流阀模型：a.所述蒸发器模型在变水量工况下为：Qe1=Δte1A*emw,e-x1+B*1,emr-y1+C*e---(1)]]>Qe2=Δte2A*emw,e-x1+B*2,emr-y2+C*e---(2)]]>Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(3)Δte1=(tw1,e-two,e)ln(tw1,e-te)-ln(two,e-te)---(4)]]>Δte2=(twi,e-teo)-(tw1,e-te)ln(twi,e-teo)-ln(tw1,e-te)---(5)]]>所述蒸发器模型在变水温工况下为：Qe1=Δte1B*1,emr-y1+C*e---(6)]]>Qe2=Δte2B*2,emr-y2+C*e---(7)]]>Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(8)Δte1=(tw1,e-two,e)ln(tw1,e-te)-ln(two,e-te)---(9)]]>Δte2=(twi,e-teo)-(tw1,e-te)ln(twi,e-teo)-ln(tw1,e-te)---(10)]]>式中，Qe1、Δte1分别为两相区的换热量和换热温差；Qe2、Δte2分别为过热区的换热量和换热温差；mw,e为冷冻水流量；cp,w为水的比热；mr为制冷剂流量；A＊e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；x1为根据不同结构形式蒸发器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B＊1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y1为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C＊e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；B＊2,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y2为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；Qe为蒸发器总换热量；twi,e，two,e分别为冷冻水进口温度和出口温度；tw1,e为两相区冷冻水入口温度；hei，heo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；te为冷水机组蒸发温度；teo为压缩机吸气温度，即蒸发器出口的制冷剂温度；b.所述冷凝器模型在变水量工况下为：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(11)Qc=Δtc1A*cmw,c-x2+B*1,cmr-y3+C*c+Δtc2A*cmw,c-x2+B*2,cmr-y4+C*c+Δtc3A*cmw,c-x2+B*3,cmr-y5+C*c---(12)]]>Δtc1=(tc-tw1,c)-(tco-twi,c)ln[(tc-tw1,c)/(tco-twi,c)]---(13)]]>Δtc2=(tw1,c-tw2,c)ln[(tc-tw2,c)/(tc-tw1,c)]---(14)]]>Δtc3=(tci-two,c)-(tc-tw2,c)ln[(tci-two,c)/(tc-tw2,c)]---(15)]]>所述冷凝器模型在变水温工况下为：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(16)Qc=Δtc1B*1,cmr-y3+C*c+Δtc2B*2,cmr-y4+C*c+Δtc3B*3,cmr-y5+C*c---(17)]]>Δtc1=(tc-tw1,c)-(tco-twi,c)ln[(tc-tw1,c)/(tco-twi,c)]---(18)]]>Δtc2=(tw1,c-tw2,c)ln[(tc-tw2,c)/(tc-tw1,c)]---(19)]]>Δtc3=(tci-two,c)-(tc-tw2,c)ln[(tci-two,c)/(tc-tw2,c)]---(20)]]>式中，Qc为冷凝器换热量；mw,c为冷却水流量；twi,c，two,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度；hci，hco分别为冷凝器入口焓值和出口的焓值；Δtc1，Δtc2，Δtc3分别为冷凝器过冷区、两相区和过热区的换热温差；A＊c为需要确定的冷凝器模型参数；x2为根据不同结构形式冷凝器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B＊1,c为需要确定的冷凝器模型参数；y3为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C＊c为需要确定的冷凝器模型参数；B＊2,c为需要确定的冷凝器模型参数；y4为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；B＊3,c为需要确定的冷凝器模型参数；y5为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；tc为冷水机组冷凝温度；tco为制冷剂在冷凝器出口的温度；tw1,c，tw2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度；tci为压缩机排气温度；c.所述压缩机模型为：mr=λVthv1---(21)]]>Vth＝ψVth0(22)Tci=Teo(pcpe)(k-1)/k---(23)]]>Pth=λVthpe·kk-1[(pcpe)(k-1)/k-1]---(24)]]>Pin=Pthηe---(25)]]>式中，mr为制冷剂的质量流量；λ为输气系数；Vth为压缩机理论输气量；v1为压缩机吸气比容；ψ为冷水机组负荷率；Vth0为压缩机额定工况下理论输气量；Teo为吸气温度；Tci为排气温度；pc为冷凝压力；pe为蒸发压力；k为压缩过程多变指数；Pth为压缩机理论功率；Pin为压缩机实际功率；ηe为压缩机的电能效率；d.节流阀模型为：hco＝hei(26)teo＝te+△te(27)tco＝tc-△tc(28)式中，hco为节流阀入口焓值；hei为节流阀出口焓值；Δte为过热度；Δtc为过冷度；所述表冷器性能预测模型包括表冷器换热量模型、表冷器传热效能模型、表冷器接触系数模型、表冷器传热单元数模型、热容比模型、出风参数模型；所述表冷器换热量模型为：Qb＝ma,b(hai,b-hao,b)＝mw,bcp,w(two,b-twi,b)(29)所述表冷器传热效能模型为：ϵ1,b=tgi,b-tgo,btgi,b-twi,b=1-e-NTU(1-γ)1-γe-NTU(1-γ)---(30)]]>所述表冷器接触系数模型为：ϵ2,b=1-tgo,b-tso,btgi,b-tsi,b=1-e-αo,bFbma,bcp,a---(31)]]>所述表冷器传热单元数模型为：NTU=KbFbma,bcp,a---(32)]]>所述热容比模型为：γ=ma,bcp,amw,bcp,w---(33)]]>所述出风参数模型，在干工况时为：tgo,b＝tgi,b-ε1,b(tgi,b-twi,b)(34)tso,b=tLi+(tgo,b-tLi)(tsi,b-tLi)tgi,b-tLi---(35)]]>所述出风参数模型，在湿工况时为：tgo,b＝tgi,b-ε2,b(tgi,b-tb)(36)tso,b＝tgo,b-(1-ε2,b)(tgi,b-tsi,b)(37)所述出风参数模型，在临界工况时，采用上述干工况时、湿工况时的出风参数模型均可；式中，Qb为表冷器换热量；ma,b为空气质量流量；hai,b为空气入口焓值；hao,b为空气出口焓值；mw,b为水流量；twi,b，two,b分别为表冷器进口水温和出口水温；ε1,b为表冷器传热效能；tgi，tgo分别为空气进口干球温度和出口干球温度；γ为热容比；NTU为表冷器传热单元数；ε2,b为表冷器接触系数；tso,b，tsi,b分别为空气出口湿球温度和进口湿球温度；ao,b为空气侧换热系数；Fb为表冷器总换热面积；cp,a为空气比热；Kb为表冷器总传热系数；tLi为空气进口露点温度；所述冷却塔性能预测模型，在冷却塔内空气在非饱和状态下时为：dmw,tdz=βtaFz(Xs,w-X)---(38)]]>dXdz=βtaFz(Xs,w-X)ma,t---(39)]]>dTw,tdz=βtaFzmw,tcp,w[Le(Tw,t-Ta,t)(cp,a+cp,vX)+(r0+cp,vTw,t-c...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彩华，黄婷婷，凌善旭，张小松，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32