VAV空调系统的动态模拟

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1、变风量空调系统的动态模拟1．概述最近许多研究人员致力于动态模型的开发HVAC和VAV系统模拟方面的研究。然而，这些模型的焦点都放在动态热力学及能量特性上。由于人们对控制方案对室内环境的影响越来越关注，因此在模拟时，必须考虑空调系统的实际室内环境特性。尽管有些文献中涉及了使用模拟方法来研究室内环境控制的方案，但都没有详尽地阐述这些问题。用EMCS集成数字控制器，要求对大范围的VAV系统进行综合的模拟,即综合考虑系统热力学、水力学、环境(如C02和污染物)、控制特性和能量特性。22．建筑及变风量系统所选建筑为香港的一栋46

2、层的写字楼。研究的楼层是一个约有2300m2使用面积的办公区，安装有两个空调箱(AHU)。一个空调系统由一个空调箱、一个VAV及一个CAV系统组成，具有40个VAV风阀和超过100个送风口。⑴模拟楼层区域划分模拟建筑时，将该层面积分成8个区，其中6个区为周边区，2个为内部区，如图1所示。⑵空调系统空调系统如图2所示。33．系统部件模型⑴简化建筑模型用一个简化的建筑模型模拟建筑的能量、湿度、C02和污染物的动态平衡。这个模型适于测试实时局部控制特性、能量和环境特性及管理控制方案。建立C02和其他污染物模型是为了模拟人体产

3、生和非人体产生的污染物状况。开放式办公室模型可用热阻、热容和空气容积及其联接来表示，如图3所示。图中表示出了被分成多个空间的办公室的动态能量平衡原理。4①每个空间都被视为一个具有单一温度、湿度、CO2含量和污染浓度的充分混合的空气容积。②区域间的联系是由空气流动引起的空气质量交换。③每个区域周边的墙由热容及热阻代表，并与外界相邻。④每个单独区域采用4个常微分方程来描述能量、湿度、C02和非人体产生的污染的平衡。5T，G，C和C2--分别为该空间的温度、湿度、C02和污染物的浓度；Q，GS，CS和PS--分别为该区域的总

4、内部热量、水分、C02和污染物生产速率；M，V--分别是这个区域内空气的总质量流量和体积流量m，v--空气的质量和体积流量；Rwi--外墙与室内空气间的热阻；Rfut--内部结构和设备与室内空气间的热阻；Rwin--室内空气与外界间的热阻。6能量平衡：湿量平衡：CO2平衡：污染物平衡：空气质量内部热量VAV送风↑能量CAV送风↑能量渗入空气↑能量泄漏空气↓能量相邻房间得失能量外墙得热量内部结构得热量窗户传入的热量7⑵系统压力平衡图4给出了一个建筑及空气调节系统的模拟压力平衡模型。气流动压和风压对系统阻力平衡的影响忽略不

5、计。①10个假定（ⅰ）假定VAV和CAV的过滤器和表冷器的流动阻力为常数。（ⅱ）假定在VAV压力传感器之前的固定流动阻力代表了传感器前的消声器和风管的阻力。（ⅲ）假定在VAV压力传感器之后的风管阻力假定为常数。8（ⅳ）假定CAV风管流动阻力代表了CAV消声器和风管的流动阻力。（ⅴ）假定CAV末端及送风口的流动阻力为常数。（ⅵ）假定VAV末端及送风口的阻力随VAV风门的位置变化。（ⅶ）假定在模拟的系统压力平衡时，整个室内区域的压力相等。（ⅷ）通过建筑的外墙泄漏的空气量是通过假设一个室内空间和外界的固定的流动阻力来计算。（

6、ⅸ）假定回风风管的流动阻力为常数。（ⅹ）新风阀，循环风阀和排风阀的阻力大小随阀门的位置而变。9图2图4模，为得是保留方向性阻力平衡的计算是基于空气质量守恒和压力平衡的原理。式(10)，(11)，(12)给出了系统空气质量平衡的关系式。式(13)，(14)，(15)则给出了系统压力平衡的关系式。式(16)为各部件上压降的计算式。10⑶风管模型风管模型模拟通过风管壁的热损，风管壁的动态特性和温度、湿度、CO2和污染物的传递延迟。①物理模型取一根导管，将其分成若干段。②假设在每一步模拟计算中空气在导管中的流动过程遵从三个独立

7、的“过程”：（ⅰ）空气段的移动过程；（ⅱ）在各段中的空气混合过程；（ⅲ）通过管壁与外界的热交换过程。11③假定（ⅰ）在每步过程模拟时，各空气段在极短的时间内到达该步的终点位置。（ⅱ）随之管段内的空气迅速混合至新的温度、湿度、C02和污染浓度并作为初值与环境之间，通过相关段的管壁发生动态热量交换。该动态热交换过程的时间为整个模拟步长的时间。（ⅲ）沿气流方向的管壁热交换忽略不计。图6给出风管模型示意图。12式（20）、（21）给出管内空气与管壁、管壁与环境间的热平衡。管内空气与管壁管壁与环境13⑷风机模型①在轴流风机模型中

8、，引用了三个变量（φ，ξ，λ）来代表空气体积流速，风机总压头，风机理论输出功率。②风机的特性曲线风机的特性曲线用含两个自变量的多项式来描述。ν是额定的气流速度，θ是风机叶片角度。14风机总压头风机理论输出功率额定的气流速度风机叶片角度风机静压风机全压名义压头15⑸表冷器模型表冷器动态模型：静态模拟方法和动态模拟。表冷器动态特性采用