發(fā)布時間：2020-06-01 21:03

【摘要】：因在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適性的同時,又滿足建筑節(jié)能要求,雙溫冷源獨立新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(dedicated outdoor air systems,簡稱DOAS)受到廣泛關(guān)注。但無論是系統(tǒng)設(shè)計形式、新風(fēng)處理技術(shù)還是熱回收方式,其研究均有待深入和完善。建模仿真可以根據(jù)需要十分方便地改變雙溫冷源DOAS的結(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)和控制,以較低的成本預(yù)測系統(tǒng)性能,為優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計與控制提供決策支持。然而,現(xiàn)有DOAS的建模仿真研究較少系統(tǒng)地介紹其熱流物理系統(tǒng)的建模方法,且熱流物理系統(tǒng)模型不完善;大多數(shù)DOAS仿真研究的重點也不在控制,控制系統(tǒng)模型理想化。另外,傳統(tǒng)的建模仿真平臺采用命令式編程語言和因果建模方式,模型方程與數(shù)值求解方法緊密地交織在一起,存在建模效率低、技術(shù)門檻高、缺乏標(biāo)準(zhǔn)化組件接口及模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與實際不一致等問題。為解決現(xiàn)有研究的局限,本課題針對本文設(shè)計的新風(fēng)處理系統(tǒng)及雙溫冷源DOAS,探索采用基于方程、面向?qū)ο蟮亩囝I(lǐng)域統(tǒng)一建模語言Modelica建立具有標(biāo)準(zhǔn)化接口的DOAS模型庫的方法,并按照實際物理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立雙溫冷源DOAS模型進(jìn)行實例研究。具體如下:(1)提出了一種變工況適應(yīng)性強(qiáng)的雙表冷器雙旁通新風(fēng)機(jī)組FHU-A。設(shè)計了噴霧蒸發(fā)冷卻排風(fēng),然后通過板翅式換熱器對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理的熱回收系統(tǒng)�；诓煌嘛L(fēng)處理方式,設(shè)計了三種雙溫冷源DOAS。根據(jù)雙溫冷源DOAS實際物理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),制定了仿真模型的基本架構(gòu)。(2)介紹了Modelica語言建模的技術(shù)路線。系統(tǒng)地研究了各組件的數(shù)學(xué)模型,并采用Moedelica語言建立了DOAS熱流系統(tǒng)對象模型庫。其中,一方面建立了比現(xiàn)有模型更快速高效、精度更高的水-空氣翅片管換熱器(FTHE)濕工況新模型。另一方面,新建了空氣-空氣板翅式換熱器(PFHE)干工況模型。新PFHE模型也可用來模擬其它空氣-1空氣換熱器的傳熱,只要換熱器兩側(cè)的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸一致,傳熱因子j=c1c2Rem(或者努塞爾數(shù)Nu= CRen),且不考慮冷凝。新FTHE和PFHE模型均不需要提供換熱器幾何數(shù)據(jù)、傳熱系數(shù)和性能數(shù)據(jù)文件,只需名義工況數(shù)據(jù),就能預(yù)測換熱器性能。(3)闡述了雙溫冷源DOAS控制系統(tǒng)對象建模方法。系統(tǒng)地提出接近工程實際的基于氣象分區(qū)的工況劃分方法,各工況對應(yīng)的新風(fēng)控制量算法與系統(tǒng)運行模式,以及各子系統(tǒng)設(shè)備的本地控制策略及算法。采用Modelica語言建立了雙溫冷源DOAS的控制系統(tǒng)對象模型庫。(4)基于上述DOAS模型庫,建立了三個雙溫冷源DOAS仿真模型。其特點是計算管網(wǎng)壓力分布,可測試局部和監(jiān)督控制算法之間的相互作用;控制系統(tǒng)更接近工程實際;模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與實際物理系統(tǒng)一致。選取典型高濕地區(qū)廣州市的某辦公樓進(jìn)行實例研究。結(jié)果顯示:基于本文設(shè)計的新風(fēng)處理系統(tǒng)與雙溫冷源DOAS及其模型庫,按仿真模型架構(gòu)建立的三個DOAS仿真模型完全可以按預(yù)定控制策略和目標(biāo)運行;系統(tǒng)設(shè)計和控制的改進(jìn)措施改善了控制品質(zhì),有效降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性、FHU-A設(shè)備造價及各系統(tǒng)能耗�？赏茝V應(yīng)用的普適性規(guī)律:選擇高效冷水機(jī)組對降低系統(tǒng)能耗十分關(guān)鍵;采用高壓泵加霧化噴頭的蒸發(fā)冷卻或加濕方式是十分節(jié)能的方案;熱回收系統(tǒng)成本回收周期過長,在廣州地區(qū)不宜采用;高溫冷水機(jī)組不僅承擔(dān)了系統(tǒng)的全年大部分冷負(fù)荷,還可以承擔(dān)全年濕負(fù)荷,對節(jié)能有利;在廣州地區(qū),新風(fēng)處理系統(tǒng)有必要設(shè)置雙旁通風(fēng)道,以降低新風(fēng)處理能耗。研究表明,基于Modelica語言建立的DOAS模型庫,可幫助用戶在設(shè)計階段快速進(jìn)行DOAS模型搭建和仿真,創(chuàng)建一個可以靈活地改變系統(tǒng)設(shè)計和控制策略的DOAS虛擬實驗平臺,為預(yù)測系統(tǒng)性能,優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和控制提供決策支持,并為后續(xù)更多的研究創(chuàng)新打下基礎(chǔ),具有重要的工程應(yīng)用價值。
【圖文】：

圖 2-9 DOAS 仿真模型的基本架構(gòu)Fig. 2-9 Base configuration of DOAS simulation m房間與末端供冷系統(tǒng)模型，，包括房間模型和末端空氣義建筑的位置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的朝向、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的組成及護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱模型和輻射傳熱模型等，用來計算空調(diào)系統(tǒng)模型包括末端風(fēng)柜（風(fēng)機(jī)盤管）模型、兩通調(diào)節(jié)閥型、噴霧加濕器模型等。其中，末端風(fēng)柜（風(fēng)機(jī)盤管型和兩通調(diào)節(jié)閥模型等。統(tǒng)模型包括冷水機(jī)組模型、水泵模型、冷卻塔模型、膨脹水箱模型等。組模型即 FHU-A 模型或 FHU-B 模型，包括第一表冷節(jié)閥模型、三通調(diào)節(jié)閥模型、電動風(fēng)閥模型和風(fēng)機(jī)模

廣州大學(xué)博士學(xué)位論文除展示 DOAS 建模仿真的上述作用外，本實例還將顯示不同的設(shè)備選型究竟會造統(tǒng)多大的能耗變化。這實際上也是設(shè)計決策的一部分。5.2 建筑概況5.2.1 外形尺寸本辦公樓位于廣州市（東經(jīng) 113.27°，北緯 23.13°），建筑外形如圖 5-2 所示。它棟 2 層回字形建筑，辦公區(qū)開放式布局，分為東區(qū)、南區(qū)、西區(qū)和北區(qū)。這種回字形區(qū)域建筑能用來模擬不同朝向圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱、不同建筑區(qū)域負(fù)荷特性，具有代表性常作為一種建筑基準(zhǔn)類型來模擬驗證系統(tǒng)的設(shè)計與控制[102]。建筑層高3m，外圍長80 50m；中間天井長 40m，寬 20m，總建筑面積約 6400m2，各窗戶尺寸為2000 × 1500筑坐北朝南，東西向外墻的窗墻比為 0.3，南北向外墻的窗墻比為 0.35。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU831.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐培t

本文編號：2692060