1.一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,該方法包括以下步驟:
(1)根據(jù)既有空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù),采用最小二乘法分別求解得到以下幾種模型的模型參數(shù):空調(diào)系統(tǒng)中冷水機(jī)組性能預(yù)測(cè)模型、表冷器性能預(yù)測(cè)模型、冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型、水泵模型、流體輸配管路阻力模型,將所求得的模型參數(shù)作為表征各部件結(jié)構(gòu)特性的特征參數(shù);
(2)按照所仿真模擬空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際連接關(guān)系,將所述空調(diào)系統(tǒng)中冷水機(jī)組性能預(yù)測(cè)模型、表冷器性能預(yù)測(cè)模型、冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型、水泵模型、流體輸配管路阻力模型進(jìn)行模擬連接;
(3)設(shè)定以下系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo):冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度、冷水機(jī)組冷凝溫度、表冷器進(jìn)口冷凍水溫和冷卻塔進(jìn)口冷卻水溫,將所述系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)與模擬工況參數(shù)一并輸入已在所述步驟(1)中確定了特征參數(shù)的各模型,計(jì)算得到空調(diào)系統(tǒng)各運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述步驟(1)中,冷水機(jī)組性能預(yù)測(cè)模型包括蒸發(fā)器模型、冷凝器模型、壓縮機(jī)模型和節(jié)流閥模型:
a.所述蒸發(fā)器模型在變水量工況下為:
Qe=mw,ecp,w(twi,e-two,e)=mr(heo-hei) (3)
所述蒸發(fā)器模型在變水溫工況下為:
Qe=mw,ecp,w(twi,e-two,e)=mr(heo-hei) (8)
式中,Qe1、Δte1分別為兩相區(qū)的換熱量和換熱溫差;Qe2、Δte2分別為過熱區(qū)的換熱量和換熱溫差;mw,e為冷凍水流量;cp,w為水的比熱;mr為制冷劑流量;A*e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù);x1為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的水側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式得到的常系數(shù);B*1,e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù);y1為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式得到的常系數(shù);C*e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù);B*2,e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù);y2為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式得到的常系數(shù);Qe為蒸發(fā)器總換熱量;twi,e,two,e分別為冷凍水進(jìn)口溫度和出口溫度;tw1,e為兩相區(qū)冷凍水入口溫度;hei,heo分別為蒸發(fā)器入口焓值和出口的焓值;te為冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度;teo為壓縮機(jī)吸氣溫度,即蒸發(fā)器出口的制冷劑溫度;
b.所述冷凝器模型在變水量工況下為:
Qc=mw,ccp,w(two,c-twi,c)=mr(hci-hco) (11)
所述冷凝器模型在變水溫工況下為:
Qc=mw,ccp,w(two,c-twi,c)=mr(hci-hco) (16)
式中,Qc為冷凝器換熱量;mw,c為冷卻水流量;twi,c,two,c分別為冷凝器的冷卻水進(jìn)口溫度和出口溫度;hci,hco分別為冷凝器入口焓值和出口的焓值;Δtc1,Δtc2,Δtc3分別為冷凝器過冷區(qū)、兩相區(qū)和過熱區(qū)的換熱溫差;A*c為需要確定的冷凝器模型參數(shù);x2為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的水側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式得到的常系數(shù);B*1,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù);y3為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式得到的常系數(shù);C*c為需要確定的冷凝器模型參數(shù);B*2,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù);y4為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式得到的常系數(shù);B*3,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù);y5為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式得到的常系數(shù);tc為冷水機(jī)組冷凝溫度;tco為制冷劑在冷凝器出口的溫度;tw1,c,tw2,c分別為兩相區(qū)冷卻水進(jìn)口溫度和出口溫度;tci為壓縮機(jī)排氣溫度;
c.所述壓縮機(jī)模型為:
Vth=ψVth0 (22)
式中,mr為制冷劑的質(zhì)量流量;λ為輸氣系數(shù);Vth為壓縮機(jī)理論輸氣量;v1為壓縮機(jī)吸氣比容;ψ為冷水機(jī)組負(fù)荷率;Vth0為壓縮機(jī)額定工況下理論輸氣量;Teo為吸氣溫度;Tci為排氣溫度;pc為冷凝壓力;pe為蒸發(fā)壓力;k為壓縮過程多變指數(shù);Pth為壓縮機(jī)理論功率;Pin為壓縮機(jī)實(shí)際功率;ηe為壓縮機(jī)的電能效率;
d.節(jié)流閥模型為:
hco=hei (26)
teo=te+△te (27)
tco=tc-△tc (28)
式中,hco為節(jié)流閥入口焓值;hei為節(jié)流閥出口焓值;Δte為過熱度;Δtc為過冷度;
所述表冷器性能預(yù)測(cè)模型包括表冷器換熱量模型、表冷器傳熱效能模型、表冷器接觸系數(shù)模型、表冷器傳熱單元數(shù)模型、熱容比模型、出風(fēng)參數(shù)模型;
所述表冷器換熱量模型為:
Qb=ma,b(hai,b-hao,b)=mw,bcp,w(two,b-twi,b) (29)
所述表冷器傳熱效能模型為:
所述表冷器接觸系數(shù)模型為:
所述表冷器傳熱單元數(shù)模型為:
所述熱容比模型為:
所述出風(fēng)參數(shù)模型,在干工況時(shí)為:
tgo,b=tgi,b-ε1,b(tgi,b-twi,b) (34)
所述出風(fēng)參數(shù)模型,在濕工況時(shí)為:
tgo,b=tgi,b-ε2,b(tgi,b-tb) (36)
tso,b=tgo,b-(1-ε2,b)(tgi,b-tsi,b) (37)
所述出風(fēng)參數(shù)模型,在臨界工況時(shí),采用上述干工況時(shí)、濕工況時(shí)的出風(fēng)參數(shù)模型均可;
式中,Qb為表冷器換熱量;ma,b為空氣質(zhì)量流量;hai,b為空氣入口焓值;hao,b為空氣出口焓值;mw,b為水流量;twi,b,two,b分別為表冷器進(jìn)口水溫和出口水溫;ε1,b為表冷器傳熱效能;tgi,tgo分別為空氣進(jìn)口干球溫度和出口干球溫度;γ為熱容比;NTU為表冷器傳熱單元數(shù);ε2,b為表冷器接觸系數(shù);tso,b,tsi,b分別為空氣出口濕球溫度和進(jìn)口濕球溫度;ao,b為空氣側(cè)換熱系數(shù);Fb為表冷器總換熱面積;cp,a為空氣比熱;Kb為表冷器總傳熱系數(shù);tLi為空氣進(jìn)口露點(diǎn)溫度;
所述冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型,在冷卻塔內(nèi)空氣在非飽和狀態(tài)下時(shí)為:
所述冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型,在冷卻塔內(nèi)空氣在飽和狀態(tài)下時(shí)為:
式中,mw,t為冷卻塔水質(zhì)量流量;dz為冷卻塔填料豎直方向微元長(zhǎng)度;βt為冷卻塔傳質(zhì)系數(shù);a為填料比表面積;Fz為冷卻塔填料橫截面積;Xs,w為水溫對(duì)應(yīng)的飽和空氣含濕量;X為冷卻塔內(nèi)空氣水蒸氣質(zhì)量組分;Tw,t為水溫;Le為劉易斯數(shù);cp,v為水蒸氣定壓比熱;r0為水的汽化潛熱;Ta,t為冷卻塔內(nèi)空氣溫度;ma,t為冷卻塔空氣質(zhì)量流量;Xs,a為飽和空氣含濕量;(βtaFZ)j為換熱過程中的等效值,Me為模型參數(shù),mwi,t表示入口水流量,Ht表示填料高度;
所述水泵模型為:
Hp0=a0+a1V0+a2V02 (50)
Pin,p0=b0+b1V0+b2V02 (51)
式中,V0、Hp0、Pin,p0分別為泵在轉(zhuǎn)速n0下的流量、揚(yáng)程與功率,V1、Hp1、Pin,p1分別為泵在轉(zhuǎn)速n1下的流量、揚(yáng)程與功率;a0、a1、a2、b0、b1、b2為模型參數(shù);
所述流體輸配管路阻力模型為:
式中,Hf為設(shè)備或管路阻力,χi為第i段管路沿程阻力系數(shù),li為第i段管路長(zhǎng)度,d為管路水力直徑,ζj為第j個(gè)管道局部阻力件阻力系數(shù),V為管道體積流量;為模型參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述步驟(1)中,既有空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)具體為:求解所述冷水機(jī)組性能預(yù)測(cè)模型的模型參數(shù),即求解冷凝器的模型參數(shù)、蒸發(fā)器的模型參數(shù)和壓縮機(jī)的模型參數(shù)時(shí),需要的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有壓縮機(jī)吸氣溫度teo、壓縮機(jī)吸氣壓力pe、壓縮機(jī)排氣溫度tci、壓縮機(jī)排氣壓力pc、冷水機(jī)組負(fù)荷率ψ、壓縮機(jī)功率Pin、冷卻水流量mw,c、冷凝器進(jìn)口水溫twi,c、冷凝器出口水溫two,c、冷凍水流量mw,e、蒸發(fā)器進(jìn)口水溫twi,e、蒸發(fā)器出口水溫two,e;
求解所述表冷器性能預(yù)測(cè)模型的模型參數(shù)時(shí),需要的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為:冷凍水流量mw,e、表冷器進(jìn)口水溫twi,b、表冷器出口水溫two,b、表冷器進(jìn)口干球溫度tgi,b、表冷器進(jìn)口濕球溫度tsi,b、表冷器出口干球溫度tgo,b、表冷器出口濕球溫度tso,b;
求解所述冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型的模型參數(shù)時(shí),需要的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為:冷卻水流量mw,c、冷卻塔進(jìn)口水溫twi,t、冷卻塔出口水溫two,t、冷卻塔進(jìn)口干球溫度tgi,t、冷卻塔進(jìn)口濕球溫度tsi,t、冷卻塔出口干球溫度tgo,t、冷卻塔出口濕球溫度tso,t;
求解所述水泵模型的模型參數(shù)時(shí),需要的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為:水泵在轉(zhuǎn)速n0下的流量、揚(yáng)程和功率;
求解所述流體輸配管路阻力模型的模型參數(shù),需要實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)為:冷凍水流量mw,e、冷卻水流量mw,c、水泵揚(yáng)程H1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述步驟(1)中,采用最小二乘法分別求解空調(diào)系統(tǒng)中冷水機(jī)組性能預(yù)測(cè)模型、表冷器性能預(yù)測(cè)模型、冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型、水泵模型和流體輸配管路阻力模型的特征參數(shù)時(shí),使用克萊姆法則保證線性方程組解的存在性和唯一性,最終求得特征參數(shù)的唯一解。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述步驟(2)中模擬連接的具體方法為:按照工作介質(zhì)流動(dòng)方向,將各模型入口端的工作介質(zhì)狀態(tài),作為與該入口端連接的模型出口端的工作介質(zhì)狀態(tài),所述工作介質(zhì)包括制冷劑、冷凍水和冷卻水;將冷凍水管路阻力和設(shè)備阻力之和作為冷凍水泵揚(yáng)程,將冷卻水管路阻力和設(shè)備阻力之和作為冷卻水泵揚(yáng)程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述步驟(3)中,模擬工況參數(shù)具體為:冷水機(jī)組模型輸入?yún)?shù)包括冷水機(jī)組負(fù)荷率、冷凍水流量、冷卻水流量;表冷器性能預(yù)測(cè)模型輸入?yún)?shù)包括:冷凍水流量、表冷器進(jìn)口風(fēng)量、表冷器進(jìn)口干球溫度和濕球溫度;冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型輸入?yún)?shù)包括:冷卻水流量、冷卻塔進(jìn)口風(fēng)量、冷卻塔進(jìn)口干球溫度和濕球溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述步驟(3)的具體流程為:
1)設(shè)定表冷器進(jìn)口冷凍水溫,將其與冷凍水流量、表冷器進(jìn)口風(fēng)量、表冷器進(jìn)口干濕球溫度一同輸入表冷器性能預(yù)測(cè)模型,對(duì)表冷器出口冷凍水溫進(jìn)行模擬計(jì)算,所述表冷器出口冷凍水溫即為蒸發(fā)器進(jìn)口冷凍水溫;
設(shè)定冷卻塔進(jìn)口冷卻水溫,將其與冷卻水流量、冷卻塔進(jìn)口風(fēng)量、冷卻塔進(jìn)口干濕球溫度一同輸入冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型,對(duì)冷卻塔出口冷卻水溫進(jìn)行模擬計(jì)算,所述冷卻塔出口冷卻水溫即為冷凝器進(jìn)口冷卻水溫;
2)設(shè)定冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度和冷凝溫度,將其與冷水機(jī)組負(fù)荷率一同輸入壓縮機(jī)模型,根據(jù)常規(guī)壓縮多變過程計(jì)算得到制冷劑流量、排氣溫度和壓縮機(jī)電功率;
3)將設(shè)定的冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度和冷凝溫度,與冷凍水流量、所述步驟2)中壓縮機(jī)模型計(jì)算得到的制冷劑流量、所述步驟1)中得到的蒸發(fā)器進(jìn)口冷凍水溫,一同輸入蒸發(fā)器模型,得到蒸發(fā)器進(jìn)口制冷劑焓值和出口制冷劑焓值,結(jié)合制冷劑流量計(jì)算得到蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量,根據(jù)熱量守恒方程,利用蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量等于冷凍水側(cè)換熱量計(jì)算得到蒸發(fā)器出口冷凍水溫;根據(jù)傳熱基本方程,利用蒸發(fā)器總傳熱量和換熱系數(shù)計(jì)算得到蒸發(fā)器中制冷劑和冷凍水的傳熱溫差,所述蒸發(fā)器總傳熱量等于蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量;
將設(shè)定的冷水機(jī)組冷凝溫度,與冷卻水流量、所述步驟2)中壓縮機(jī)模型計(jì)算得到的排氣溫度、制冷劑流量、所述步驟1)中得到的冷凝器進(jìn)口冷卻水溫,一同輸入冷凝器模型,得到冷凝器進(jìn)口制冷劑焓值和出口制冷劑焓值,結(jié)合制冷劑流量計(jì)算得到冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量,根據(jù)熱量守恒方程,利用冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量等于冷卻水側(cè)換熱量計(jì)算得到冷凝器出口冷卻水溫,根據(jù)傳熱基本方程,利用冷凝器總傳熱量和換熱系數(shù)計(jì)算得到冷凝器中制冷劑和冷卻水的傳熱溫差,所述冷凝器總傳熱量等于冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量;
4)根據(jù)所述步驟1)中得到的蒸發(fā)器進(jìn)口冷凍水溫、步驟3)中計(jì)算得到的蒸發(fā)器出口冷凍水溫、蒸發(fā)器中制冷劑和冷凍水的傳熱溫差,計(jì)算得到冷水機(jī)組蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度;
根據(jù)所述步驟1)中得到的冷凝器進(jìn)口冷卻水溫、步驟3)中計(jì)算得到的冷凝器出口冷卻水溫、冷凝器中制冷劑和冷卻水的傳熱溫差,計(jì)算得到冷水機(jī)組冷凝器的冷凝溫度;
5)當(dāng)以下四組條件均成立時(shí),則將蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、表冷器進(jìn)口冷凍水溫、表冷器出口冷凍水溫、冷凝器進(jìn)口冷卻水溫、冷凝器出口冷卻水溫、壓縮機(jī)電功率、蒸發(fā)器總傳熱量和冷凝器總傳熱量作為系統(tǒng)模擬運(yùn)行參數(shù)輸出,否則用每組條件中的計(jì)算值更新與之比較的設(shè)定值,返回步驟1):
所述步驟1)中設(shè)定的表冷器進(jìn)口冷凍水溫與所述步驟3)中計(jì)算得到的蒸發(fā)器出口冷凍水溫相等,所述步驟1)中設(shè)定的冷卻塔進(jìn)口冷卻水溫與步驟3)中計(jì)算得到的冷凝器出口冷卻水溫相等,所述步驟3)中設(shè)定的冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度與步驟4)中計(jì)算得到的蒸發(fā)溫度相等,所述步驟3)設(shè)定的冷水機(jī)組冷凝溫度與步驟4)中計(jì)算得到的冷凝溫度相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述冷水機(jī)組性能預(yù)測(cè)模型、表冷器性能預(yù)測(cè)模型、冷卻塔性能預(yù)測(cè)模型、水泵模型和流體輸配管路阻力模型均是基于集總參數(shù)法,將既有空調(diào)系統(tǒng)中各部件的未知結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行集總建立得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種基于特征識(shí)別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法,其特征在于,所述空調(diào)系統(tǒng)為單臺(tái)冷水機(jī)組中央空調(diào)系統(tǒng)或由多臺(tái)冷水機(jī)組、多臺(tái)水泵和多套表冷器末端/混合末端所構(gòu)成的空調(diào)系統(tǒng)。