文献综述(或调研报告):
建筑空调系统的节能改造与优化运行提高建筑空调系统效率的有效途径,而空调系统节能改造方案的评估与优化运行策略的确定需依靠建筑空调系统模型的建立。借助仿真模拟手段对既有建筑中央空调系统进行整体运行能效评估,首先需要对实际中央空调系统中各设备建立模型。针对实际建筑中央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省条件下的设备模型。
Yu 等[1]通过理论推导的方法,对冷水机组中压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器及冷却风机模型分别作了简化,将冷凝器与蒸发器热阻用水流量与换热量组成的多项式表示,压缩机的总效率用其部分负荷效率的多项式表示,而多项式各常系数则通过冷水机组实测运行数据获得。Lee 等[2]利用超过2000组实验数据拟合得到冷水机组性能与水流量之间关系的多项式,并基于多项式建立了冷水机组在变流量工况下的经验性能模型。蒋小强等[3]借鉴 ASHRAE Primary Toolkit 模型并进行了局部改进建立了适于变流量模拟的改进型冷水机组模型,其中的模型参数通过机组样本数据获取。
Wang等[4]通过简化水侧与空气侧换热系数建立总换热系数的拟合公式,并基于多组运行工况数据获取模型参数,从而得到表冷器简化模型。Haves等[5]在简化换热系数拟合公式的基础上,采用热湿比将湿工况下的换热系数等效为干工况下的总换热系数,减少了传热模型参数个数。Wetter[6]结合换热系数与热交换效率的简化公式建立模型,只需一组实测运行参数即可获得模型参数,但该模型只对干工况条件下适用。凌飞等[7]通过干湿工况转换方法建立风机盘管简化模型,在已知三组盘管正常运行时干工况和湿工况下的试验数据时即可得到总传热系数的拟合公式。Klimanek等[8]在冷却塔模型中采用Merkel数表征冷却塔的结构参数特性,Merkel数可由冷却塔运行测试数据获取,从而建立结构参数缺省的冷却塔传热传质模型。Jin等[9]在Merkel模型与NTU换热效率计算方法的基础上,忽略了冷却塔内水流量变化、温度变化对空气与水的密度、黏度等物性参数的影响,并假设湿空气焓值与其湿球温度近似为线性关系,获得由三个模型参数表征结构特性的冷却塔模型,并通过实验获取模型参数以及验证了模型的准确性。Stabat等[10]在文献[9]的基础上,将冷却塔内的结构近似为翅片管式换热器,将模型参数进一步简化为2个,并用实验验证了简化模型的准确性。
对以上结构参数缺省条件下的中央空调系统设备模拟方法,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或难以在不同系统中推广,基于拟合公式的仿真模型需要以大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系统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在实际空调系统中能够方便获得的建模方法。
此外,要实现对建筑中央空调系统全年运行工况的模拟,需要在构建空调系统各部件模型的基础上,对空调系统整体进行建模,目前对中央空调系统进行整体仿真的研究主要有以下几种方法:
- 纯理论系统模型
纯理论系统模型仅考虑空调房间内的变化过程,而将其他系统理想化处理,但该模型仍能够通过在模型中输入限制条件使其更符合实际情况,如设备间的连接点、流量控制范围、延迟时间等[11]。该系统模型仍难以精准表达实际系统在不同工况下的运行性能。
2. 基于系统的仿真模型
基于系统的空调仿真模型用于模拟某些固定类型的空调系统,如变风量系统、变水温定水量系统等。采用这种模拟方法的软件包括DOE-2、eQUEST、BLAST等,系统中各设备的特性参数可以通过设置系统流量、设备效率及非设计工况参数等来表征。Mossolly等[12]基于DOE 4.0建立某建筑中央空调系统模型,采用遗传算法对空调系统在多区域供冷条件下提出了优化控制策略。Pan等[13]基于DOE-2对上海某商业建筑中中央空调系统建立模型,模型的结构参数由图纸、样本说明、系统运行记录及当地气象资料获得,并对压缩机与水泵变频改造、过渡季节免费供冷、降低照明密度等节能改造方案进行节能评估。但该种模拟方式在系统形式以及控制策略的变换上可扩展性与继承性较差。
3.基于部件的仿真模型
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