基于trnsys的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)模型及建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)建模仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及的是一種基 于TRNSYS的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)模型及建模仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要冷卻塔，占地面積小，具有安裝方便、 布置靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又由于其清潔、高效、穩(wěn)定的特性，因此目前空氣源熱栗空調(diào)系 統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外得到越來越多的使用，尤其在我國(guó)的中部、長(zhǎng)江流域及長(zhǎng)江以南地區(qū)，擁有著廣 泛的應(yīng)用。但是，對(duì)于空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)的研究，我國(guó)仍然處于起步階段。而對(duì)空氣源熱 栗空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬，能夠方便地進(jìn)行不同工況下空調(diào)系統(tǒng)的研究，與實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研 究相比，具有很大的優(yōu)勢(shì)。
[0003] TRNSYS 軟件的全稱為 Transient System Simulation Program，即瞬時(shí)系統(tǒng)模擬 程序。TRNSTYS是由美國(guó)威斯康星大學(xué)的太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一個(gè)能源系統(tǒng)模擬軟件。其 最主要的核心思想是將一個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為多個(gè)小模塊，每一個(gè)模塊的功能都可以單獨(dú)進(jìn)行編 程設(shè)計(jì)，從而使其能夠?qū)崿F(xiàn)一定的功能。在進(jìn)行系統(tǒng)的仿真模擬時(shí)，只要將系統(tǒng)中的不同模 塊的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)按照需求相互連接，就可以可建立起系統(tǒng)模型，進(jìn)而進(jìn)行仿真分 析。這樣，空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)的研究就可以簡(jiǎn)化為部件選擇以及數(shù)學(xué)計(jì)算的問題。其具 體操作就是設(shè)定好模塊的參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)流程圖對(duì)應(yīng)連接其輸入與輸出，完成系統(tǒng)建模后 進(jìn)行運(yùn)算分析。
[0004] 通過現(xiàn)有文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，胡瑋等人在《系統(tǒng)仿真技術(shù)》中發(fā)表文章"基于TRNSYS的 水冷型中央空調(diào)系統(tǒng)建模與仿真"，結(jié)合實(shí)際建筑建立廣州市某大廈的水冷型中央空調(diào)仿 真系統(tǒng)，并對(duì)不同控制條件下的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了比較分析；林興斌等人在《建筑節(jié)能》中發(fā) 表文章"基于TRNSYS的HVAC控制系統(tǒng)的仿真"，文中利用TRNSYS建立一個(gè)典型變風(fēng)量系統(tǒng) 的模型，并進(jìn)行了優(yōu)化分析。上述文章都利用TRNSYS進(jìn)行了空調(diào)系統(tǒng)的仿真分析，但一方 面，現(xiàn)有文獻(xiàn)缺乏對(duì)空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)在變水流量控制方面的仿真研究，另一方面，現(xiàn)有 仿真研究往往脫離建筑，缺乏空調(diào)系統(tǒng)與建筑的集成仿真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)研究的不足，提供一種基于TRNSYS的空氣源熱 栗空調(diào)系統(tǒng)模型（模擬仿真系統(tǒng)）及建模（模擬仿真）方法。利用TRNSYS軟件對(duì)空氣源 熱栗空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行逐時(shí)仿真，從而為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供依據(jù)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007] 根據(jù)發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于TRNSYS的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)模型，基于 TRNSYS平臺(tái)設(shè)計(jì)，包括：氣象參數(shù)輸入部分、建筑參數(shù)輸入部分、風(fēng)機(jī)盤管部分、水栗部分、 變流量控制部分、空氣源熱栗部分以及模擬結(jié)果輸出部分；其中：
[0008] 所述氣象參數(shù)輸入部分用于設(shè)置氣象參數(shù)；
[0009] 所述建筑參數(shù)輸入部分用于設(shè)置建筑參數(shù)；
[0010] 所述風(fēng)機(jī)盤管部分用于設(shè)定風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量以及控制室溫；
[0011] 所述水栗部分用于設(shè)定水栗的流量和功率；
[0012] 所述變流量控制部分用于控制水栗的流量變化；
[0013] 所述空氣源熱栗部分用于設(shè)定空氣源熱栗的額定制冷量、名義COP ;
[0014] 所述模擬結(jié)果輸出部分，用于輸出空氣源熱栗部分的空氣源熱栗的額定制冷量和 名義COP模擬結(jié)果。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種上述基于TRNSYS的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng) 模型的建模方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0016] 步驟S1，設(shè)定氣象參數(shù)輸入部分；其中根據(jù)仿真需求選用不同的氣象參數(shù)文件；
[0017] 步驟S2,設(shè)定建筑參數(shù)輸入部分；其中建筑可以分為多個(gè)區(qū)域；所有建筑參數(shù)根 據(jù)仿真需求進(jìn)行輸入；工作時(shí)間和非工作時(shí)間的建筑負(fù)荷用時(shí)間表區(qū)分；
[0018] 步驟S3,設(shè)定風(fēng)機(jī)盤管部分；其中風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量根據(jù)建筑負(fù)荷確定；控制室溫 根據(jù)仿真需求確定；
[0019] 步驟S4,設(shè)定水栗部分；其中水栗的流量和功率根據(jù)建筑負(fù)荷確定；
[0020] 步驟S5,設(shè)定變流量控制部分；其中變流量控制部分采取溫差多級(jí)控制的方式控 制流量的檔位；
[0021] 步驟S6,設(shè)定空氣源熱栗部分；其中空氣源熱栗的額定制冷量根據(jù)建筑負(fù)荷確 定；
[0022] 步驟S7,設(shè)定模擬結(jié)果輸出部分；其中數(shù)據(jù)輸出的表征量為室內(nèi)外的溫度變化曲 線、空氣源熱栗的功率和制冷量、水栗的功率及流量、空氣源熱栗的COP和空調(diào)系統(tǒng)的C0P。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟S5中，利用多級(jí)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)水栗流量控制，表述如下：
[0024] 控制器可以輸出多個(gè)控制信號(hào)Sn，η為自然數(shù)；對(duì)于每一個(gè)控制信號(hào)Sn，都相當(dāng)于 一個(gè)啟?？刂?，存在如下關(guān)系：
[0025] 若SJI先為1，則：
[0027] 若SJI先為0,則：
[0029] 其中：T為控制參數(shù)，在本模型中采用空氣源熱栗的供回水溫差；Tn為控制信號(hào)S η 所對(duì)應(yīng)的溫度控制點(diǎn)；△ T為死區(qū)溫度。
[0030] 優(yōu)選地，如果設(shè)置控制信號(hào)數(shù)量為4個(gè)，分別記為S2、S3、S 4，同時(shí)設(shè)置4個(gè)控制 信號(hào)所對(duì)應(yīng)的溫度控制點(diǎn)為T1、T2、T 3、T4, T1 < T 2< T 3 < T 4，且Tn-Tn > ΔΤ，其中，η取2、 3、4,則隨著溫度的升高，S1, S2, S3, S4將會(huì)依次置1，即四個(gè)控制信號(hào)共有5個(gè)狀態(tài)：(0,0， 0,0)，（1，0,0,0)，（1，1，0,0)，（1，1，1，0)，（1，1，1，1);這 5 個(gè)狀態(tài)可以對(duì)應(yīng)于流量的 5 個(gè)檔 位。
[0031] 優(yōu)選地，所述步驟S7中：
[0032] 數(shù)據(jù)輸出的表征量中，空氣源熱栗的制冷量的表達(dá)式為：
[0033] Qheat= CP Qw(tin-tout)
[0034] 式中：
[0035] c--水的比熱容，取為4. 2kX/(kg · °C );
[0036] p--水的密度，取1000kg/m3;
[0037] Qw--水栗流量，m3/h ;
[0038] tout--空氣源熱栗的供水溫度，°C ;
[0039] tin--空氣源熱栗的回水溫度，°C ;
[0040] 數(shù)據(jù)輸出的表征量中，空氣源熱栗的COP的表達(dá)式為：
[0041] COPashp - Q heat/PASHP
[0042] 式中：
[0043] Pashp--空氣源熱栗機(jī)組的功率，kW ;
[0044] 數(shù)據(jù)輸出的表征量中，空調(diào)系統(tǒng)的COP的表達(dá)式為：
[0045] COPsystem - Q heat/ (PASHP+Ppump)
[0046] 式中：
[0047] Ppunp--水栗的功率，kW。
[0048] 本發(fā)明提供的基于TRNSYS的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)模型，包括以下幾個(gè)部分：氣象 參數(shù)輸入部分，設(shè)置氣象參數(shù)；建筑參數(shù)輸入部分，設(shè)定建筑參數(shù)，包括建筑面積、建筑負(fù)荷 等；風(fēng)機(jī)盤管部分，設(shè)定風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量和功率；水栗部分，設(shè)定水栗的流量和功率；變流 量控制部分，控制水栗的流量變化；空氣源熱栗部分，設(shè)定空氣源熱栗的額定制冷量、名義 COP ;模擬結(jié)果輸出部分，用于輸出模擬結(jié)果。本發(fā)明利用TRNSYS軟件，設(shè)計(jì)了空氣源熱栗 空調(diào)系統(tǒng)模型。模型的模擬結(jié)果與系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況吻合良好，充分展示了系統(tǒng)運(yùn)行的 具體情況，為空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及評(píng)估提供了依據(jù)。
[0049] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0050] 1、本發(fā)明利用TRNSYS軟件設(shè)計(jì)了對(duì)空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)，尤其是對(duì)其變水流量 控制運(yùn)行進(jìn)行建模仿真的方法，結(jié)果顯示，本發(fā)明提供的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)的模擬結(jié)果 與空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況吻合良好，充分展示了系統(tǒng)運(yùn)行的具體情況。
[0051] 2、本發(fā)明為空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及評(píng)估提供了有力的依據(jù)。
【附圖說明】
[0052] 通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0053] 圖1為本發(fā)明基于TRNSYS的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖2為室內(nèi)外的溫度變化曲線圖；
[0055] 圖3為空氣源熱栗的制冷量圖；
[0056] 圖4為空氣源熱栗的功率圖；
[0057] 圖5為水栗的流量圖；
[0058] 圖6為空氣源熱栗的COP和空調(diào)系統(tǒng)的COP圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0060] 實(shí)施例
[0061] 本實(shí)施例提供了一種基于TRNSYS的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)模型，包括7個(gè)部分：氣 象參數(shù)輸入部分、建筑參數(shù)輸入部分、風(fēng)機(jī)盤管部分、水栗部分、變流量控制部分、空氣源熱 栗部分以及模擬結(jié)果輸出部分；其中：
[0062] 所述氣象參數(shù)輸入部分用于設(shè)置氣象參數(shù)；
[0063] 所述建筑參數(shù)輸入部分用于設(shè)置建筑參數(shù)；
[0064] 所述風(fēng)機(jī)盤管部分用于設(shè)定風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量以及控制室溫；
[0065] 所述水栗部分用于設(shè)定水栗的流量和功率；
[0066] 所述變流量控制部分用于控制水栗的流量變化；
[0067] 所述空氣源熱栗部分用于設(shè)定空氣源熱栗的額定制冷量、名義COP ;
[0068] 所述模擬結(jié)果輸出部分，用于輸出模擬結(jié)果。
[0069] 相應(yīng)的，本實(shí)施例提供的基于TRNSYS的空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)模型，其建模方法也 分為以下7個(gè)步驟：
[0070] 步驟S1，設(shè)定氣象參數(shù)輸入部分；其中根據(jù)仿真需求選用不同的氣象參數(shù)文件；
[0071] 步驟S2,設(shè)定建筑參數(shù)輸入部分；其中建筑可以分為多個(gè)區(qū)域；所有建筑參數(shù)根 據(jù)仿真需求進(jìn)行輸入；工作時(shí)間和非工作時(shí)間的建筑負(fù)荷用時(shí)間表區(qū)分；
[0072] 步驟S3,設(shè)定風(fēng)機(jī)盤管部分；其中風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)量根據(jù)建