蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的能效分析與控制.pdf

1、隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的提高和人們節(jié)能環(huán)保意識的加強，現(xiàn)代社會對空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷品質(zhì)和節(jié)能要求不斷提高。蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)作為空調(diào)制冷系統(tǒng)的重要循環(huán)之一，是提供制冷作用的核心部件。而蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)是一種參數(shù)強耦合、工況變化范圍大、慣性強的非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制策略在空調(diào)系統(tǒng)中很難取得良好的控制效果。本文基于先進的優(yōu)化控制算法，針對蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的能效分析與控制器設(shè)計等問題進行了深入研究，其主要內(nèi)容如下：

2、>　　1）建立蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)模型，了解系統(tǒng)各變量之間的影響關(guān)系，為后續(xù)能效分析、系統(tǒng)的控制與優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。本文基于制冷劑的能量守恒、質(zhì)量守恒以及熱力學(xué)基本性質(zhì)等基本理論，采用合理有效的簡化條件，對系統(tǒng)的主要組成部件分別建模：對熱交換器包括冷凝器和蒸發(fā)器采用動態(tài)建模，而對壓縮機和膨脹閥采取靜態(tài)建模，并根據(jù)它們之間的相互關(guān)系建立了系統(tǒng)的整體模型。該動態(tài)模型克服了以往對制冷系統(tǒng)建模高階次的缺點，并保持了系統(tǒng)原有的動態(tài)特性，保證

3、了模型的精確性。
　　2）設(shè)計蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的最優(yōu)被控變量選擇方法，基于系統(tǒng)性能系數(shù)對系統(tǒng)候選被控變量進行能效分析。在系統(tǒng)動態(tài)模型基礎(chǔ)上，本文分析了系統(tǒng)被控變量的選擇與系統(tǒng)能效、安全操作和系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系。依據(jù)自尋優(yōu)控制的原理，設(shè)計了基于能源效率的經(jīng)濟性能指標(biāo)，并分別采用兩種不同的自尋優(yōu)控制方法對系統(tǒng)的被控變量進行系統(tǒng)分析，根據(jù)性能指標(biāo)選取最優(yōu)的獨立被控變量組和組合被控變量組。該方法可以為系統(tǒng)運行提供最大化經(jīng)濟性能的變量組

4、及其相應(yīng)的最優(yōu)操作點，并具有擾動抑制能力，為系統(tǒng)的運行和節(jié)能操作提供了依據(jù)。
　　3）提出以改進蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)能效為目標(biāo)的模型預(yù)測控制方法?；谙到y(tǒng)被控變量的能效分析結(jié)果，本文采用以壓縮機轉(zhuǎn)速、膨脹閥開度和蒸發(fā)器中的空氣質(zhì)量流量作為控制變量，以冷凝壓力、蒸發(fā)壓力以及制冷劑在蒸發(fā)器的過熱溫度作為被控變量的控制方案?；谙到y(tǒng)的性能系數(shù)設(shè)計了提高系統(tǒng)能效的性能指標(biāo)，并通過不斷地滾動優(yōu)化，達到系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的控制目標(biāo)。實驗結(jié)果表明該

5、控制方法能夠有效地提高系統(tǒng)的效率，降低系統(tǒng)的能耗，并具有快速的跟蹤性能和良好的抗干擾能力。
　　4）設(shè)計一種新型的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)串級控制策略，滿足用戶不同制冷需求的同時，提高系統(tǒng)能源效率。其中，在外環(huán)系統(tǒng)中，本文通過對制冷量和最小穩(wěn)定過熱度的分析，建立非線性模型，并通過PI控制器的調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)系統(tǒng)提供設(shè)定值。在內(nèi)環(huán)系統(tǒng)中，基于前文提出的提高系統(tǒng)能效的模型預(yù)測控制方法，在線跟蹤外環(huán)提供的因制冷量變化而變化的過熱度設(shè)定值。實驗證