变风量（VAV）空调系统温湿度控制的节能策略

【摘要】：变风量空调系统是根据热负荷的变化来改变送入房间的风量以满足室温需求,其运行是一个复杂的变化过程。为了满足人们对舒适性的要求,往往有多个过程参数需要控制。节能降耗为主题的今天,使用变风量(VAV)空调系统并进行合理的温、湿度控制可以降低风机能耗、提高设备和系统效能、降低建筑物的养护费用,并为人们提供舒适健康的工作生活环境。 应用于空调的控制理论和方法很多,但是空调系统不同回路之间存在耦合作用,在许多工程案例中,每个回路单独运行都较正常,但是所有回路同时工作,整个系统就会不稳定。如果把这些回路看成是互不联系而进行单独设计,显然是极不合理的,经常出现浪费能源、控制复杂、鲁棒性差等问题。因此若将温、湿度控制过程作为一个整体考虑,采用简单易行的控制方案便显得尤为重要。 本论文针对变风量(VAV)空调控制系统的复杂结构,通过对湿热特性分析,提出空调温、湿度联合处理的方法,采用串级控制对房间温湿度进行控制,并分析两者之间的耦合关系,使用不同的修正系数消除两者之间的耦合性,达到控制目的。针对温湿度控制过程中出现的滞后现象,采用Smith预估控制消除时滞对控制过程产生的影响,提高控制效果。最后,对该方案进行了仿真与实验,经过实验验证,本控制方案在VAV空调系统中的应用效果较好,改善和提高了系统的品质和性能。 【关键词】：变风量空调系统 温湿度控制 Smith预估控制 闭环辨识 多变量辨识
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU831.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题背景及意义9-11
• 1.1.1 课题背景9-10
• 1.1.2 研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本课题研究的内容和要解决的主要问题13-14
• 1.4 论文结构14-15
• 1.5 小结15-17
• 2 空气温湿度基本理论介绍17-41
• 2.1 温湿度相关知识17-28
• 2.1.1 湿空气17
• 2.1.2 湿空气的状态参数17-22
• 2.1.3 湿空气的焓湿图22-25
• 2.1.4 湿空气的基本热力学过程25-28
• 2.2 空调系统温湿度控制技术28-35
• 2.2.1 露点送风温度控制28-30
• 2.2.2 温湿度解耦控制30-32
• 2.2.3 温湿度互锁控制32-33
• 2.2.4 温湿度独立控制33-35
• 2.3 本课题拟进行的温湿度控制原理介绍35-39
• 2.3.1 单房间的室温调节35-36
• 2.3.2 房间的湿度调节36-37
• 2.3.3 变风量时的调节过程37-39
• 2.4 小结39-41
• 3 变风量空调系统组成及工作原理41-49
• 3.1 变风量空调风系统42
• 3.2 变风量空调水系统42-43
• 3.3 建大VAV空调实验系统温湿度控制43-48
• 3.3.1 冬季工况温湿度控制过程45-46
• 3.3.2 夏季工况温湿度控制过程46-47
• 3.3.3 室内温、湿度设定值的确定47-48
• 3.4 小结48-49
• 4 空调系统温湿度控制仿真分析49-81
• 4.1 被控对象辨识49-54
• 4.1.1 建模与辨识原理49-50
• 4.1.2 闭环系统的辨识50-51
• 4.1.3 多变量系统的辨识51-54
• 4.1.3.1 多变量系统概述51-52
• 4.1.3.2 多变量系统的卷积分和维纳－何甫方程52-53
• 4.1.3.3 多变量系统的脉冲响应函数辨识53-54
• 4.2 基于MATLAB温湿度控制对象辨识54-68
• 4.2.1 夏季工况房间温、湿度控制对象模型辨识55
• 4.2.2 冬季工况房间温、湿度控制对象模型辨识55-68
• 4.3 Smith预测控制的基本理论68-71
• 4.3.1 Smith预估器的工作原理68-71
• 4.4 空调系统温湿度Smith预估控制仿真71-79
• 4.4.1 房间、温湿度Smith预估控制器仿真设计71-79
• 4.4.1.1 房间温、湿度副回路PID控制器仿真设计71
• 4.4.1.2 房间温、湿度主回路Smith预估PID控制器仿真设计71-72
• 4.4.1.3 仿真结果72-79
• 4.5 小结79-81
• 5 变风量空调系统温湿度算法实验与分析81-91
• 5.1 实验系统硬件介绍81-82
• 5.2 软件实现82
• 5.3 变风量空调系统房间温湿度控制方案实施82-86
• 5.4 实验结果分析86-90
• 5.5 小结90-91
• 6 总结91-93
• 6.1 论文总结91
• 6.2 展望91-93
• 致谢93-95
• 参考文献95-99
• 附录99-102
• 1 图表目录99-102
• 2 软件文档（另册装订）102
• 3 硕士研究生阶段发表论文情况102
• 4 硕士研究生阶段参与的科研项目102

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