[发明专利]一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法

摘要

本发明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。

主权项

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；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：Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e‑t_wo,e)＝m_r(h_eo‑h_ei)                 (3)所述蒸发器模型在变水温工况下为：Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e‑t_wo,e)＝m_r(h_eo‑h_ei)              (8)式中，Q_e1、Δt_e1分别为两相区的换热量和换热温差；Q_e2、Δt_e2分别为过热区的换热量和换热温差；m_w,e为冷冻水流量；c_p,w为水的比热；m_r为制冷剂的质量流量；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；Q_e为蒸发器总换热量；t_wi,e，t_wo,e分别为蒸发器进口冷冻水温度和蒸发器出口冷冻水温度；t_w1,e为两相区冷冻水入口温度；h_ei，h_eo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；t_e为冷水机组蒸发温度；t_eo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：Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c‑t_wi,c)＝m_r(h_ci‑h_co)                         (11)所述冷凝器模型在变水温工况下为：Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c‑t_wi,c)＝m_r(h_ci‑h_co)                         (16)式中，Q_c为冷凝器换热量；m_w,c为冷却水流量；t_wi,c，t_wo,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度；h_ci，h_co分别为冷凝器入口焓值和出口的焓值；Δt_c1，Δt_c2，Δt_c3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；t_c为冷水机组冷凝温度；t_co为制冷剂在冷凝器出口的温度；t_w1,c，t_w2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度；t_ci为压缩机排气温度；c.所述压缩机模型为：V_th＝ψV_th0                                                    (22)式中，m_r为制冷剂的质量流量；λ为输气系数；V_th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；V_th0为压缩机额定工况下理论输气量；T_eo为吸气温度；T_ci为排气温度；p_c为压缩机排气压力；p_e为压缩机吸气压力；k为压缩过程多变指数；P_th为压缩机理论功率；P_in为压缩机实际功率；η_e为压缩机的电能效率；d.节流阀模型为：h_co＝h_ei                                                     (26)t_eo＝t_e+△t_e                                                  (27)t_co＝t_c‑△t_c                                                  (28)式中Δt_e为过热度；Δt_c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：Q_b＝m_a,b(h_ai,b‑h_ao,b)＝m_w,bc_p,w(t_wo,b‑t_wi,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：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：t_go,b＝t_gi,b‑ε_1,b(t_gi,b‑t_wi,b)                                      (34)所述出风参数模型，在湿工况时为：t_go,b＝t_gi,b‑ε_2,b(t_gi,b‑t_b)                                          (36)t_so,b＝t_go,b‑(1‑ε_2,b)(t_gi,b‑t_si,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，Q_b为表冷器换热量；m_a,b为空气质量流量；h_ai,b为空气入口焓值；h_ao,b为空气出口焓值；m_w,b为水流量；t_wi,b，t_wo,b分别为表冷器进口水温和出口水温；ε_1,b为表冷器传热效能；t_gi,b，t_go,b分别为表冷器进口进口干球温度和表冷器进口出口干球温度；γ为热容比；NTU为表冷器传热单元数；ε_2,b为表冷器接触系数；t_so,b，t_si,b分别为空气出口湿球温度和进口湿球温度；a_o,b为空气侧换热系数；F_b为表冷器总换热面积；c_p,a为空气比热；K_b为表冷器总传热系数；t_Li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：所述冷却塔性能预测模型，在冷却塔内空气在饱和状态下时为：式中，m_w,t为冷却塔水质量流量；dz为冷却塔填料竖直方向微元长度；β_t为冷却塔传质系数；a为填料比表面积；F_z为冷却塔填料横截面积；X_s,w为水温对应的饱和空气含湿量；X为冷却塔内空气水蒸气质量组分；T_w,t为水温；Le为刘易斯数；c_p,v为水蒸气定压比热；r₀为水的汽化潜热；T_a,t为冷却塔内空气温度；m_a,t为冷却塔空气质量流量；X_s,a为饱和空气含湿量；(β_taF_Z)_j为换热过程中的等效值，Me为模型参数，m_wi,t表示入口水流量，H_t表示填料高度；所述水泵模型为：H_p0＝a₀+a₁V₀+a₂V₀²                                           (50)P_in,p0＝b₀+b₁V₀+b₂V₀²                                           (51)式中，V₀、H_p0、P_in,p0分别为泵在转速n₀下的流量、扬程与功率，V₁、H_p1、P_in,p1分别为泵在转速n₁下的流量、扬程与功率；a₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂为模型参数；所述流体输配管路阻力模型为：式中，H_f为设备或管路阻力，χ_i为第i段管路沿程阻力系数，l_i为第i段管路长度，d为管路水力直径，ζ_j为第j个管道局部阻力件阻力系数，V为管道体积流量；为模型参数，g为重力加速度；所述既有空调系统的实测运行数据具体为：求解所述冷水机组性能预测模型的模型参数，即求解冷凝器的模型参数、蒸发器的模型参数和压缩机的模型参数时，需要的实测数据有压缩机吸气温度t_eo、压缩机吸气压力p_e、压缩机排气温度t_ci、压缩机排气压力p_c、冷水机组负荷率ψ、压缩机实际功率P_in、冷却水流量m_w,c、冷凝器的冷却水进口水温t_wi,c、冷凝器的冷却水出口水温t_wo,c、冷冻水流量m_w,e、蒸发器进口冷冻水温度t_wi,e、蒸发器出口冷冻水温度t_wo,e；求解所述表冷器性能预测模型的模型参数时，需要的实测数据为：冷冻水流量m_w,e、表冷器进口水温t_wi,b、表冷器出口水温t_wo,b、表冷器进口干球温度t_gi,b、表冷器进口湿球温度t_si,b、表冷器出口干球温度t_go,b、表冷器出口湿球温度t_so,b；求解所述冷却塔性能预测模型的模型参数时，需要的实测数据为：冷却水流量m_w,c、冷却塔进口水温t_wi,t、冷却塔出口水温t_wo,t、冷却塔进口干球温度t_gi,t、冷却塔进口湿球温度t_si,t、冷却塔出口干球温度t_go,t、冷却塔出口湿球温度t_so,t；求解所述水泵模型的模型参数时，需要的实测数据为：水泵在转速n₀下的流量、扬程和功率；求解所述流体输配管路阻力模型的模型参数，需要实测的数据为：冷冻水流量m_w,e、冷却水流量m_w,c、水泵扬程H₁；(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。