空调系统的动态模拟

（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。
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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。
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⑵性能测试 ①空调部件模型的参数的确定 空调系统的运行参数由位于VAV空调系统各
处的监控器得到。 ②风速及各部件压降的测量 在不同的流速下，通过手动调节送风和回风
风机叶片角度，测量送风风速，回风风速， 新风风速及通过阀、过滤器、表冷器、风管 及VAV阀的压降。
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③阀流动阻力 风阀全开位置及最小开度位置时的VAV风 阀流动阻力通过手动设定的控制器控制输出。 阀流动阻力用实验数据由二阶曲线回归确定。 ④风机模型的参数 由制造商提供的风机运行曲线确定。
Q，GS，CS和PS--分别为该区域的总内部热量、 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。
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空气质量
内部结构得热量 VAV送风↑能量 外墙得热量
内部热量
CAV送风↑能量 渗入空气↑能量
能量平衡：
泄漏空气↓能量 相邻房间得失能量
湿量平衡：
窗户传入的热量
CO2平衡：
污染物平衡：
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⑵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。
➢ R1,R2--空气侧和水侧的总热阻。
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➢ ⑹DDG控制器、传感器和执行器模型 ➢ DDC控制器由一个“真实”控制器模型来模拟。 ➢ 控制执行器的特性用执行器模型来模拟。 ➢ 温度、压力、流量和C02传感器，采用时间常数
方法的动态传感器模型来模拟。
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4．VAV系统性能测试
⑴参数确定的数据来源 制造商提供的产品性能说明书； 根据手册中的经验关系式； 实验测得。
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（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。
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风机总压头
额定的气流速度
风机叶片角度
风机理论输出功率
名义压头 风机静压 风机全压
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➢ ⑸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集总参数法用一个微分方
程来描述。
➢
➢
➢ tc--盘管平均温度；
பைடு நூலகம்
➢ ta,in、tw,in--进风和进水温度；
➢ Cc--盘管的所有热容；
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。
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①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。
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T，G，C和C2--分别为该空间的温度、湿度、C02 和污染物的浓度；
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2．建筑及变风量系统
所选建筑为香港的一栋46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。
图2
图4
模，为得是保留方向性
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⑶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。
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③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 境之度间、，湿通度过、相C0关2和段污的染管浓壁度发并生作动为态初热值量与交环换。 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。
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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
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⑷风机模型 ①在轴流风机模型中，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。
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3．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。