被动式太阳能建筑辅助热源量分析及系统控制的研究

【摘要】：我国建筑能耗占总能耗的比例大约为27％，而且呈现出明显的上升趋势。因此开展建筑节能工作有巨大潜力，建筑节能主要包括两个方面：一是节流，二是开源。可再生能源的有效利用最容易在建筑物中实现，太阳能建筑就是有效利用可再生能源的一个很好的例子。太阳能虽然具有很多优点，但也有两个主要缺点：一是能流密度低，二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响，不能维持稳定。如果要实现在任何气候条件下都满足人们对热舒适性的需求，必须采用辅助热源或冷源作为补充。 本研究主要从理论上针对被动式太阳能建筑辅助热源量的动态变化和辅助热源系统的控制方法进行了研究。得到的结论可以作为被动式太阳能建筑辅助热源系统设计的参考依据，对于改善被动式太阳能建筑的室内热湿环境的稳定性，促进被动式太阳能建筑的普及应用具有积极意义。 本文首先对被动式太阳能建筑建立模型计算辅助热源量，通过理论计算得到如下结论：在被动式太阳能建筑中使用比例控制比开关控制更能有效地减少室内温度的波动，而且在比例控制中随着辅助热源控制常数K_p取值越大，室内温度波动越小，辅助热源量随着K_p的变大而趋于稳定；在晴天，在室外平均温度为7.3℃条件下，夜间室内温度保持16℃白天18℃比全天维持18℃时可节能26％左右，并讨论了设定温度对墙体的蓄热作用的影响。 在此基础上建立了辅助热源系统控制的数学模型，对模型进行简化，将太阳得热看成房间的一个外热扰，建立了简化的被动式太阳能建筑温度控制模型，并对PID控制的设定参数进行了整定，讨论了在室外温度变化和太阳辐射得热影响下系统的稳定性以及在不同室内设定温度下系统的响应，通过对系统仿真分析得出该系统在给定输入信号和干扰信号下都是稳定的。 从绿色节能建筑、新能源利用和智能控制来研究建筑节能问题是未来发展的方向。太阳能建筑能量系统是一个复杂的系统，需考虑通风、遮阳等其它的控制才能更好的节能和达到热舒适，用常规的控制方式很难实现控制目标，采用模糊控制的方法对辅助热源系统控制进行了简单的分析，仿真结果表明利用模糊控制方法来解决太阳能建筑辅助热源系统的控制问题在系统响应和稳定性等方面都有很大的优势。 【关键词】：被动式太阳能建筑 辅助热源 计算模型 模糊控制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU18
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 研究背景与意义8-10
• 1.2 太阳能建筑辅助热源系统的研究现状10-20
• 1.2.1 辅助热源系统负荷确定10-11
• 1.2.2 辅助热源系统形式11-14
• 1.2.3 辅助热源控制方法14-18
• 1.2.4 联合采暖房间的热环境及经济性18-20
• 1.3 存在的问题20
• 1.4 本课题所做的工作20-22
• 2 被动式太阳能建筑辅助热源量的计算及控制方法基础22-30
• 2.1 辅助热源量逐月分析方法—太阳能负荷比(SLR)法22-23
• 2.2 辅助热源量逐时分析方法23-28
• 2.2.1 矩阵导纳计算方法23-25
• 2.2.2 热网络计算方法25-26
• 2.2.3 计算机软件模拟的方法26-27
• 2.2.4 其它计算方法27
• 2.2.5 方法的对比分析27-28
• 2.3 控制系统分析及理论基础28-29
• 2.3.1 拉普拉斯变换及传递函数28-29
• 2.3.2 建筑中常用的控制方法29
• 2.3.3 Simulink在建筑热分析和控制过程的应用29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 被动式太阳能建筑能量系统动态变化的仿真30-43
• 3.1 被动式太阳能建筑能量分析模型30-35
• 3.1.1 非稳态传热物理模型30-32
• 3.1.2 室内热平衡方程32-34
• 3.1.3 计算房间的特点34-35
• 3.2 不同控制参数下室内温度的动态分析35-37
• 3.3 不同控制参数下辅助热源量的动态分析37-39
• 3.4 不同设定温度下辅助热源量的动态分析39-41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 基于Simulink被动式太阳能建筑辅助热源控制系统的设计43-55
• 4.1 被动式太阳能建筑室内温度特性43
• 4.2 被动式太阳能建筑辅助热源控制系统设计43-50
• 4.2.1 太阳能建筑温度控制系统的数学模型43-48
• 4.2.2 感温元件和执行元件的传递函数48
• 4.2.3 PID控制器的特性48-50
• 4.3 仿真结果及分析50-53
• 4.3.1 室外温度对系统稳定性的影响分析52-53
• 4.3.2 太阳辐射照度对系统稳定性的影响分析53
• 4.3.3 不同设定温度下的太阳能建筑控制系统仿真53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 被动式太阳能建筑智能控制系统的初探55-65
• 5.1 建筑智能控制系统考虑因素55-59
• 5.2 建筑智能控制基础59
• 5.3 建筑模糊智能控制设计59-63
• 5.3.1 建筑模糊控制系统的组成59-60
• 5.3.2 建筑输入输出变量的确定60
• 5.3.3 模糊化方法的确定60-61
• 5.3.4 模糊控制规则及模糊推理设计61-62
• 5.3.5 清晰化方法的确定62-63
• 5.4 被动式太阳能建筑智能控制仿真结果分析63
• 5.5 本章小结63-65
• 结论和展望65-67
• 参考文献67-70
• 附录A 导纳计算原理70-74
• 附录B 辅助热源的优化控制74-77
• 附录C 本文主要符号的意义77-79
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况79-80
• 致谢80-81
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书81

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