中央空调空气处理系统节能优化运行策略研究及实现

【摘要】：为保证中央空调系统在极端天气或设备长期运行效率下降等条件下,仍能满足建筑最高冷负荷需求,空调系统在选型设计时往往需要保留较大的余量。如果在后续运营中缺乏精细化的运行管理措施,可能导致系统大量的能源浪费。因此,开展中央空调系统优化运行策略研究对于实现中央空调系统的节能降耗具有重要意义。本文以某办公楼小型中央空调系统为平台,针对中央空调变风量改造后风机频率和冷冻水流量等运行参数难以定量优化的问题,开展中央空调空气处理系统节能优化运行策略研究,为中央空调系统的变风量运行控制提供参考。本文研究的主要工作包括:(1)详细阐述了研究团队搭建的中央空调节能优化运行实验平台架构和节能运行原理,并采用“半经验法”建立了中央空调空气处理系统主要能耗设备的运行能耗模型,包括空调机组风机能耗模型和冷冻水泵能耗模型。利用实验平台实际运行数据通过最小二乘参数法对各模型参数进行辨识,验证结果表明模型最大相对误差在±6%以内,能够满足工程应用需求;(2)针对现有表冷器机理模型输入信息大、建模参数不易获取、难以应用于工程实际优化等问题,建立了基于改进BP神经网络的空调机组表冷器动态模型,该模型反应了不同工况条件下表冷器的动态性能,是空气处理系统节能运行参数优化的前提条件。仿真结果表明模型平均相对误差在±5%以内。同时,利用该模型对表冷器在变风量变水量等不同工况条件下的全热换热特性进行了分析。(3)针对中央空调空气处理系统节能运行时,风机频率和冷冻水流量等运行参数难以根据工况变化动态定量优化的问题,提出了基于遗传算法的空气处理系统运行参数的优化方法。该方法以空调机组运行能耗最小为目标,并采用罚函数法将受表冷器制冷量约束的参数优化问题转化为无约束问题进行求解,简化了优化过程。实现了根据末端回风状态参数、冷冻水温度及冷负荷的变化,实时对末端空调机组风机频率及冷冻水流量进行优化。最后编制了空气处理系统动态优化模块,仿真和实验结果表明,与定风量运行策略相比,本文“参数优化运行”策略节能率分别达到17.72%和15.2%;与“常规变风量”运行策略相比,实际节能率达到4.9%。上述研究表明,本文提出的优化运行策略具有良好的节能效果,可为中央空调变风量改造的优化控制提供理论依据和参考。 【关键词】：空气处理系统 实验平台 节能优化运行策略 遗传算法
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 中央空调空气处理系统节能运行研究现状13-16
• 1.2.2 中央空调空气处理系统建模研究现状16-18
• 1.2.3 中央空调系统节能优化算法研究现状18-20
• 1.3 本文的研究内容20-22
• 第二章 中央空调节能优化运行实验平台22-33
• 2.1 实验平台概述22-24
• 2.2 实验平台运行原理24-26
• 2.3 中央空调节能优化运行平台26-32
• 2.3.1 节能优化运行实验平台组成与结构26-31
• 2.3.2 实验平台空气处理系统节能运行分析31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 中央空调空气处理系统设备与单元部件模型33-57
• 3.1 空气处理系统运行特性分析33-34
• 3.2 空调机组风机与冷冻水泵能耗建模34-40
• 3.2.1 冷冻水泵能耗模型34-36
• 3.2.2 空调机组风机能耗模型36-37
• 3.2.3 模型参数的辨识37-40
• 3.3 基于改进BP神经网络的表冷器动态建模40-55
• 3.3.1 表冷器模型特点分析40-41
• 3.3.2 基于改进BP神经网络的表冷器建模41-51
• 3.3.3 表冷器运行模型精度验证及运行特性分析51-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 基于遗传算法的中央空调空气处理系统运行优化仿真57-74
• 4.1 空气处理系统节能运行优化模型57-61
• 4.1.1 优化参数的选取57-58
• 4.1.2 约束条件的确定58-60
• 4.1.3 优化模型的建立60-61
• 4.2 空气处理系统运行优化算法的选择61-62
• 4.3 遗传算法简介62-66
• 4.3.1 遗传算法基本原理62
• 4.3.2 遗传算法基本流程62-66
• 4.4 基于GA算法的空气处理系统运行参数优化实现66-73
• 4.4.1 空气处理系统运行参数寻优流程66-67
• 4.4.2 遗传算法参数确定及实现67-68
• 4.4.3 基于GA算法空气处理系统运行参数优化仿真68-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 中央空调空气处理系统节能优化运行实现74-89
• 5.1 空气处理系统节能优化运行流程74-76
• 5.2 空气处理系统节能优化运行软件实现76-81
• 5.2.1 空气处理机组优化程序的生成76-78
• 5.2.2 空气处理机组优化程序的调用78-79
• 5.2.3 空气处理机组优化实时监控界面79-81
• 5.3 空气处理系统优化运行节能测试81-88
• 5.4 本章小结88-89
• 结论与展望89-91
• 参考文献91-96
• 附录96-99
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果99-100
• 致谢100-101
• 附件101

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