空调系统特征识别方法技术方案

本发明专利技术提供一种空调系统特征识别方法，根据既有中央空调系统的实测运行数据，采用最小二乘法对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模型参数进行特征识别，得到表征空调系统各部件结构特性的特征参数。该空调系统特征识别方法将理论分析与实际测试相结合，具有精度较高，适用性较广且所需实测参数在实际空调系统中能够方便获得的特点，可作为空调系统整体性能模拟预测的基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于中央空调系统仿真模拟领域，涉及为一种空调系统特征识别方法。
技术介绍
常规的空调系统设备设计选型是以建筑的最大负荷为依据，而实测数据表明，一般中央空调系统80％以上的运行时间在60％以下的部分负荷下运行，因此需要通过运行调节以实现系统在部分负荷下的高效运行。对空调系统在不同负荷下进行运行参数优化调节及性能评估，借助仿真模拟手段是较易实现的方法。在对既有建筑中央空调系统进行建模仿真时，由于实际中央空调系统各部件的具体结构参数难以获取，导致对依据设备具体结构参数进行的精确模拟较难实现，使得常规的建模方法在实际应用中存在局限性。针对实际建筑中央空调系统各部件具体结构参数缺乏的问题，国内外许多学者主要是通过海量的实际数据采集，并通过拟合的方法来建立仿真模型，其存在所需实测数据巨大，且数据需覆盖所有运行工况而引起实测所需时间长的不足，同时还存在精度较低，难以在不同空调系统中推广，适用性差等弊端。而在实际既有空调系统中，现实条件允许的测量实际运行参数的手段也存在限制。因此需要提出结构参数缺乏条件下，精度较高、适用性较广且所需实测参数较少并在实际空调系统中能够方便获得的建模方法。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种在既有中央空调系统各部件具体结构参数缺乏的条件下，具有精度较高，适用性较广且所需实测参数在实际空调系统中能够方便获得的空调系统特征识别方法。技术方案：本专利技术的空调系统特征识别方法，包括以下步骤：根据既有中央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：中央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，将所得到的模型参数作为表征系统各部件结构特性的特征参数；所述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：Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(3)所述蒸发器模型在变水温工况下为：Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(8)式中，Qe1、Δte1分别为两相区的换热量和换热温差；Qe2、Δte2分别为过热区的换热量和换热温差；mw,e为冷冻水流量；cp,w为水的比热；mr为制冷剂流量；A＊1,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＊1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；A＊2,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；C＊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；Qe为蒸发器总换热量；twi,e，two,e分别为冷冻水进口温度和出口温度；tw1,e为两相区冷冻水入口温度；hei，heo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；te为蒸发温度；teo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：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(11)所述冷凝器模型在变水温工况下为：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(16)式中，Qc为冷凝器换热量；mw,c为冷却水流量；twi,c，two,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度；hci，hco分别为冷凝器入口焓值和出口焓值；Δtc1，Δtc2，Δtc3分别为冷凝器过冷区、两相区和过热区的换热温差；A＊1,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＊1,c为需要确定的冷凝器模型参数；A＊2,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；C＊2,c为需要确定的冷凝器模型参数；A＊3,c为需要确定的冷凝器模型参数；B＊3,c为需要确定的冷凝器模型参数；C＊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；tc为冷凝温度；tco为制冷剂在冷凝器出口的温度；tw1,c，tw2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度；tci为压缩机排气温度；c.所述压缩机模型为：Vth＝ψVth0(22)式中，mr为制冷剂的质量流量；λ为输气系数；Vth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；Vth0为压缩机额定工况下理论输气量；Teo为吸气温度；Tci为排气温度；pc为冷凝压力；pe为蒸发压力；k为压缩过程多变指数；Pth为压缩机理论功率；Pin为压缩机实际功率；ηe为压缩机的电能效率；d.节流阀模型为：hco＝hei(26)teo＝te+△te(27)tco＝tc-△tc(28)式中，hco为节流阀入口焓值；hei为节流阀出口焓值；Δte为过热度；Δtc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：Qb＝ma,b(hai,b-hao,b)＝mw,bcp,w(two,b-twi,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：tgo,b＝tgi,b-ε1,b(tgi,b-twi,b)(34)所述出风参数模型，在湿工况时为：tgo,b＝tgi,b-ε2,b(tgi,b-tb)(36)tso,b＝tgo,b-(1-ε2,b)(tgi,b-tsi,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，Qb为表冷器换热量；ma,b为空气质量流量；hai,b为空气入口焓值；hao,b为空气出口焓值；mw,b为水流量；twi,b，two,b分别为表冷器进口水温和出口水温；ε1,b为表冷器传热效能；tgi，tgo分别为空气进口干球温度和出口干球温度；γ为热容比；NTU为表冷器传热单元数；ε2,b为表冷器接触系数；tso,b，tsi,b分别为空气出口湿球温度和进口湿球温度；ao,b为空气侧换热系数；Fb为表冷器总换热面积；cp,a为空气比热；Kb为表冷器总传热系数；tLi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，mw,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；βt为冷却塔传质系数；a为填料比表面积；Fz为冷却塔填料横截面积；Xs,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；Tw,t为水温；Le为刘易斯数；cp,v为水蒸气定压比热；r0为水的汽化潜热；Ta,t为冷却塔内空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空调系统特征识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：根据既有中央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：中央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空调系统各部件结构特性的特征参数；所述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：Qe1=Δte1A*1,emw,e-x1+B*1,emr-y1+C*1,e---(1)]]>Qe2=Δte2A*2,emw,e-x1+B*2,emr-y2+C*2,e---(2)]]>Qe＝mw,ecp,w(twi,e‑two,e)＝mr(heo‑hei)                           (3)Δte1=(tw1,e-two,e)ln(tw1,e-te)-ln(two,e-te)---(4)]]>Δte2=(twi,e-teo)-(tw1,e-te)ln(twi,e-teo)-ln(tw1,e-te)---(5)]]>所述蒸发器模型在变水温工况下为：Qe1=Δte1B*1,emr-y1+C*1,e---(6)]]>Qe2=Δte2B*2,emr-y2+C*2,e---(7)]]>Qe＝mw,ecp,w(twi,e‑two,e)＝mr(heo‑hei)(8)Δte1=(tw1,e-two,e)ln(tw1,e-te)-ln(two,e-te)---(9)]]>Δte2=(twi,e-teo)-(tw1,e-te)ln(twi,e-teo)-ln(tw1,e-te)---(10)]]>式中，Qe1、Δte1分别为两相区的换热量和换热温差；Qe2、Δte2分别为过热区的换热量和换热温差；mw,e为冷冻水流量；cp,w为水的比热；mr为制冷剂流量；A＊1,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＊1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；A＊2,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；C＊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；Qe为蒸发器总换热量；twi,e，two,e分别为冷冻水进口温度和出口温度；tw1,e为两相区冷冻水入口温度；hei，heo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；te为蒸发温度；teo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：Qc＝mw,ccp,w(two,c‑twi,c)＝mr(hci‑hco)                           (11)Qc=Δtc1A*1,cmw,c-x2+B*1,cmr-y3+C*1,c+Δtc2A*2,cmw,c-x2+B*2,cmr-y4+C*2,c+Δtc3A*3,cmw,c-x2+B*3,cmr-y5+C*3,c---(12)]]>Δtc1=(tc-tw1,c)-(tco-twi,c)ln[(tc-tw1,c)/(tco-twi,c)]---(13)]]>Δtc2=(tw1,c-tw2,c)ln[(tc-tw2,c)/(tc-tw1,c)]---(14)]]>Δtc3=(tci-two,c)-(tc-tw2,c)ln[(tci-two,c)/(tc-tw2,c)]---(15)]]>所述冷凝器模型在变水温工况下为：Qc＝mw,ccp,w(two,c‑twi,c)＝mr(hci‑hco)                            (16)Qc=Δtc1B*1,cmr-y3+C*1,c+Δtc2B*2,cmr-y4+C*2,c+Δtc3B*3,cmr-y5+C*3,c---(17)]]>Δtc1=(tc-tw1,c)-(tco-twi,c)ln[(tc-tw1,c)/(tco-twi,c)]---(18)]]>Δtc2=(tw1,c-tw2,c)ln[(tc-tw2,c)/(tc-tw1,c)]---(19)]]>Δtc3=(tci-two,...

【技术特征摘要】
1.一种空调系统特征识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：根据既有中央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：中央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空调系统各部件结构特性的特征参数；所述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：Qe1=Δte1A*1,emw,e-x1+B*1,emr-y1+C*1,e---(1)]]>Qe2=Δte2A*2,emw,e-x1+B*2,emr-y2+C*2,e---(2)]]>Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(3)Δte1=(tw1,e-two,e)ln(tw1,e-te)-ln(two,e-te)---(4)]]>Δte2=(twi,e-teo)-(tw1,e-te)ln(twi,e-teo)-ln(tw1,e-te)---(5)]]>所述蒸发器模型在变水温工况下为：Qe1=Δte1B*1,emr-y1+C*1,e---(6)]]>Qe2=Δte2B*2,emr-y2+C*2,e---(7)]]>Qe＝mw,ecp,w(twi,e-two,e)＝mr(heo-hei)(8)Δte1=(tw1,e-two,e)ln(tw1,e-te)-ln(two,e-te)---(9)]]>Δte2=(twi,e-teo)-(tw1,e-te)ln(twi,e-teo)-ln(tw1,e-te)---(10)]]>式中，Qe1、Δte1分别为两相区的换热量和换热温差；Qe2、Δte2分别为过热区的换热量和换热温差；mw,e为冷冻水流量；cp,w为水的比热；mr为制冷剂流量；A＊1,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＊1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；A＊2,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；C＊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；Qe为蒸发器总换热量；twi,e，two,e分别为冷冻水进口温度和出口温度；tw1,e为两相区冷冻水入口温度；hei，heo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；te为蒸发温度；teo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：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(11)Qc=Δtc1A*1,cmw,c-x2+B*1,cmr-y3+C*1,c+Δtc2A*2,cmw,c-x2+B*2,cmr-y4+C*2,c+Δtc3A*3,cmw,c-x2+B*3,cmr-y5+C*3,c---(12)]]>Δtc1=(tc-tw1,c)-(tco-twi,c)ln[(tc-tw1,c)/(tco-twi,c)]---(13)]]>Δtc2=(tw1,c-tw2,c)ln[(tc-tw2,c)/(tc-tw1,c)]---(14)]]>Δtc3=(tci-two,c)-(tc-tw2,c)ln[(tci-two,c)/(tc-tw2,c)]---(15)]]>所述冷凝器模型在变水温工况下为：Qc＝mw,ccp,w(two,c-twi,c)＝mr(hci-hco)(16)Qc=Δtc1B*1,cmr-y3+C*1,c+Δtc2B*2,cmr-y4+C*2,c+Δtc3B*3,cmr-y5+C*3,c---(17)]]>Δtc1=(tc-tw1,c)-(tco-twi,c)ln[(tc-tw1,c)/(tco-twi,c)]---(18)]]>Δtc2=(tw1,c-tw2,c)ln[(tc-tw2,c)/(tc-tw1,c)]---(19)]]>Δtc3=(tci-two,c)-(tc-tw2,c)ln[(tci-two,c)/(tc-tw2,c)]---(20)]]>式中，Qc为冷凝器换热量；mw,c为冷却水流量；twi,c，two,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度；hci，hco分别为冷凝器入口焓值和出口焓值；Δtc1，Δtc2，Δtc3分别为冷凝器过冷区、两相区和过热区的换热温差；A＊1,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＊1,c为需要确定的冷凝器模型参数；A＊2,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；C＊2,c为需要确定的冷凝器模型参数；A＊3,c为需要确定的冷凝器模型参数；B＊3,c为需要确定的冷凝器模型参数；C＊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；tc为冷凝温度；tco为制冷剂在冷凝器出口的温度；tw1,c，tw2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度；tci为压缩机排气温度；c.所述压缩机模型为：mr=λVthv1---(21)]]>Vth＝ψVth0(22)Tci=Teo(pcpe)(k-1)/k---(23)]]>Pth=λVthpe·kk-1[(pcpe)(1-k)/k-1]---(24)]]>Pin=Pthηe---(25)]]>式中，mr为制冷剂的质量流量；λ为输气系数；Vth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，针对结构形式一定的压缩机，额定工况下的理论输气量为定值，当进行能量调节时，将实际工况下的理论输气量与额定工况下的理论输气量比值定义为冷水机组负荷率，用ψ表示；Vth0为压缩机额定工况下理论输气量；Teo为吸气温度；Tci为排气温度；pc为冷凝压力；pe为蒸发压力；k为压缩过程多变指数；Pth为压缩机理论功率；Pin为压缩机实际功率；ηe为压缩机的电能效率；d.节流阀模型为：hco＝hei(26)teo＝te+△te(27)tco＝tc-△tc(28)式中，hco为节流阀入口焓值；hei为节流阀出口焓值；Δte为过热度；Δtc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：Qb＝ma,b(hai,b-hao,b)＝mw,bcp,w(two,b-twi,b)(29)所述表冷器传热效能模型为：ϵ1,b=tgi,b-tgo,btgi,b-twi,b=1-e-NTU...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彩华，黄婷婷，凌善旭，张小松，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32