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水空调系统节能运行控制问题研究现状

时间:2017-08-20 00:50 作者:水空调 点击: 水空调机组优化设计方法,一般思路是,在的成本限制下以机组设计工况下cop或能效比大为优化目标,就是成本和性能的折衷。

  随着能源短缺问题和环境问题的日益严峻,、日本和欧洲都极力推动先进、高能效、对环境影响小的热泵水空调系统的研制。至2003底,已经完成的“IEAHeatPumpProgramme”的项目涉及到大型超市制冷/热量回收热泵系统、自然工质热泵、吸附型热泵、工业热泵的环境效益评估、新型制冷剂、高温工业热泵、压缩热泵系统的建模和仿真技术等方面;在研的项目:利用热泵实现建筑物制冷空调、地源热泵关键技术研究、家用热泵性能测试及季节性能计算等,参加的有、日本、加拿大和欧洲很多。热泵技术的推广应用地节约了能源和减少了CO2的排放量。研究热泵/机组系统特别是大容量水源热泵水空调系统的节能运行问题具有重要的现实意义。
提高热泵/空调机组节能效果的措施有:
(1)根据水空调机组的应用类型,选用合适的工质,如高温水源热泵机组要选择高温工质。
(2)选择高换热效率的蒸发器和冷凝器,以及压缩比和流量范围都满足设计要求的高温率压缩机;
(3)水空调机组优化设计方法,一般思路是,在的成本限制下以机组设计工况下cop或能效比大为优化目标,就是成本和性能的折衷,以机组稳态数学模型为约束条件,求出机组各部件的优化设计参数,特别是换热器类型、面积等几何参数。
(4)采用多级压缩循环、复叠型循环和级联型机组。多级压缩或级联型机组在原理上很成熟,国内外有大量的研究和工程应用。
(5)依据机组模型,应用相应的控制理论和方法论,解决机组的和经济运行问题。这里所说的“控制”不仅是简单的开停机控制和系统实时运行数据采集,而是一种学科上的概念,包括一整套理论和方法论。控制是指根据系统的数学模型,实时调节系统控制量,使系统运行状态保持在“好”的轨迹上或范围内。
上述措施对于提高机组的节能效果都是至关重要的,(1)一(4)都是在设计阶段要解决的问题。首先,对工质的研究始终制冷领域的重要课题,本课题组在环保替代高温工质领域取得了实质成果(HTR01,HTR02);措施(2)的研究同样是一个重要课题,因为重要设备性能直接决定着机组的设计性能,近年来国内的学者在这方面取得了重要研究成果,缩小了与国外在设计理论和制造工艺上的差距;措施(3)主要考虑部件选型和设计参数优化问题,因为其在机组设计方面的重要性一直得到关注,有了稳态数学模型就可以进行系统优化设计,这方面的研究成熟,其解决问题的理论和方法是以稳态数学模型为约束的数学规划问题,文献较多;措施(4)在工作原理和流程上已经成熟,要解决的是实际应用中的技术问题。对于措施(5)即通过自动控制系统实现机组经济运行的问题,国内外公开的研究成果少之又少。在我国,以燃煤锅炉发电机组为主的热力系统的自动控制仍然依靠常规模拟仪表、手动操作,很难保障系统运行的性和经济性。
虽然基于系统数学模型的动态特性研究成果很多,但依然局限于对系统进行数值仿真的阶段。也就是在热泵/制冷系统的初始状态和已知控制量的作用下,模拟出实际系统的状态变化,而没有涉及到基于系统模型的节能控制问题。另外,早期的热泵/制冷系统由于采用热力膨胀阀,机组是“运行而不控”;随着电磁膨胀阀、水流量电动调节阀、变频压缩机在热泵/制冷系统中逐渐采用,首先这些先进设备为我们提供了多改变机组运行状态的可行的控制手段,但也必然带来新的问题:即如何控制机组的动态行为使之满足我们的在应用中的各种特定要求,根本的是系统和经济运行的要求。虽然也有基于部件模型的控制,如采用SISO模型的蒸发器出口蒸气过热度控制问题,但这种经典PID单回路控制不是采用系统数学模型,不能保证系统运行的整体性能优,只能是“控而不优”。
较早把运行控制节能的思想引入到热泵节能技术领域的是Perry,从20世纪80年代至今,优化运行节能问题就一直得到制冷界的关注。但基于系统数学模型的运行节能控制成果鲜见发表,也不排除是科研机构和大公司出于技术保密的原因。近年来,一些实力的国内外的空调厂家为了提高水空调机组节能水平,多采用了模糊控制理论,模糊控制理论和技术可以根据系统运行的工况参数,结合大量理论或试验信息,得出运行工况和控制量之间的模糊推理规则库,对特定类型的机组确实可以提高运行性能。但可以看出这种方法不是基于机组机理模型,不可能得出控制策略的优解,而且所得结果只适用于给出试验样本的特定机组。

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