本發(fā)明屬于空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬領(lǐng)域，涉及一種基于特征識別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)選型設(shè)計是以其額定工況下運行最佳為依據(jù)，而實測數(shù)據(jù)表明，空調(diào)機組80％以上的運行時間在60％以下的部分負荷下運行，因此針對以額定工況下運行最佳而設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)，需要對不同的負荷變化對空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化運行及對應(yīng)的控制策略研究，以避免部分負荷下系統(tǒng)運行效率的降低?；诳照{(diào)負荷變化規(guī)律，從系統(tǒng)整體運行最佳的角度對空調(diào)系統(tǒng)各節(jié)能優(yōu)化控制策略進行對比分析研究，借助仿真模擬手段是較易實現(xiàn)的方法。在對既有建筑空調(diào)系統(tǒng)進行建模仿真時，由于實際空調(diào)系統(tǒng)各部件的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)難以獲取，導(dǎo)致對依據(jù)設(shè)備具體結(jié)構(gòu)參數(shù)進行的精確模擬較難實現(xiàn)，使得常規(guī)的建模方法在實際應(yīng)用中存在局限性。

針對實際建筑空調(diào)系統(tǒng)各部件具體結(jié)構(gòu)參數(shù)缺乏的問題，國內(nèi)外許多學(xué)者提出了對已有的仿真模型進行適當簡化或結(jié)合實測數(shù)據(jù)獲取經(jīng)驗與半經(jīng)驗公式的方法建立結(jié)構(gòu)參數(shù)缺乏條件下的設(shè)備模型。但通過簡化理論模型或基于經(jīng)驗公式建立的仿真模型精確度較低且難以在不同系統(tǒng)中推廣，基于擬合公式的仿真模型需要以海量實測運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，而在實際既有空調(diào)系統(tǒng)中，現(xiàn)實條件允許的測量實際運行參數(shù)的手段有限。因此需要提出結(jié)構(gòu)參數(shù)缺乏條件下，精度較高、適用性較廣且所需實測參數(shù)較少并在實際空調(diào)系統(tǒng)中能夠方便獲得的建模方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明提出一種在既有空調(diào)系統(tǒng)各部件具體結(jié)構(gòu)參數(shù)缺乏的條件下，具有精度較高，適用性較廣且所需實測參數(shù)在實際空調(diào)系統(tǒng)中能夠方便獲得的空調(diào)系統(tǒng)特征識別方法，并基于該特征識別方法對空調(diào)系統(tǒng)進行仿真模擬。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于特征識別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)既有空調(diào)系統(tǒng)的實測運行數(shù)據(jù)，采用最小二乘法分別求解得到以下幾種模型的模型參數(shù)：空調(diào)系統(tǒng)中冷水機組性能預(yù)測模型、表冷器性能預(yù)測模型、冷卻塔性能預(yù)測模型、水泵模型、流體輸配管路阻力模型，將所求得的模型參數(shù)作為表征各部件結(jié)構(gòu)特性的特征參數(shù)；

(2)按照所仿真模擬空調(diào)系統(tǒng)的實際連接關(guān)系，將所述空調(diào)系統(tǒng)中冷水機組性能預(yù)測模型、表冷器性能預(yù)測模型、冷卻塔性能預(yù)測模型、水泵模型、流體輸配管路阻力模型進行模擬連接；

(3)設(shè)定以下系統(tǒng)運行指標：冷水機組蒸發(fā)溫度、冷水機組冷凝溫度、表冷器進口冷凍水溫和冷卻塔進口冷卻水溫，將所述系統(tǒng)運行指標與模擬工況參數(shù)一并輸入已在所述步驟(1)中確定了特征參數(shù)的各模型，計算得到空調(diào)系統(tǒng)各運行狀態(tài)參數(shù)。

進一步的，本發(fā)明方法中冷水機組性能預(yù)測模型包括蒸發(fā)器模型、冷凝器模型、壓縮機模型和節(jié)流閥模型：

a.所述蒸發(fā)器模型在變水量工況下為：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (3)

所述蒸發(fā)器模型在變水溫工況下為：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (8)

式中，Q_e1、Δt_e1分別為兩相區(qū)的換熱量和換熱溫差；Q_e2、Δt_e2分別為過熱區(qū)的換熱量和換熱溫差；m_w,e為冷凍水流量；c_p,w為水的比熱；m_r為制冷劑流量；A^＊_e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；x₁為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的水側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；B^＊_1,e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；y₁為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；C^＊_e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；B^＊_2,e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；y₂為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；Q_e為蒸發(fā)器總換熱量；t_wi,e，t_wo,e分別為冷凍水進口溫度和出口溫度；t_w1,e為兩相區(qū)冷凍水入口溫度；h_ei，h_eo分別為蒸發(fā)器入口焓值和出口的焓值；t_e為冷水機組蒸發(fā)溫度；t_eo為壓縮機吸氣溫度，即蒸發(fā)器出口的制冷劑溫度；

b.所述冷凝器模型在變水量工況下為：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (11)

所述冷凝器模型在變水溫工況下為：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (16)

式中，Q_c為冷凝器換熱量；m_w,c為冷卻水流量；t_wi,c，t_wo,c分別為冷凝器的冷卻水進口溫度和出口溫度；h_ci，h_co分別為冷凝器入口焓值和出口的焓值；Δt_c1，Δt_c2，Δt_c3分別為冷凝器過冷區(qū)、兩相區(qū)和過熱區(qū)的換熱溫差；A^＊_c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；x₂為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的水側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；B^＊_1,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；y₃為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；C^＊_c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；B^＊_2,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；y₄為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；B^＊_3,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；y₅為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；t_c為冷水機組冷凝溫度；t_co為制冷劑在冷凝器出口的溫度；t_w1,c，t_w2,c分別為兩相區(qū)冷卻水進口溫度和出口溫度；t_ci為壓縮機排氣溫度；

c.所述壓縮機模型為：

V_th＝ψV_th0 (22)

式中，m_r為制冷劑的質(zhì)量流量；λ為輸氣系數(shù)；V_th為壓縮機理論輸氣量；v₁為壓縮機吸氣比容；ψ為冷水機組負荷率；V_th0為壓縮機額定工況下理論輸氣量；T_eo為吸氣溫度；T_ci為排氣溫度；p_c為冷凝壓力；p_e為蒸發(fā)壓力；k為壓縮過程多變指數(shù)；P_th為壓縮機理論功率；P_in為壓縮機實際功率；η_e為壓縮機的電能效率；

d.節(jié)流閥模型為：

h_co＝h_ei (26)

t_eo＝t_e+Δt_e (27)

t_co＝t_c-Δt_c (28)

式中，h_co為節(jié)流閥入口焓值；h_ei為節(jié)流閥出口焓值；Δt_e為過熱度；Δt_c為過冷度；

所述表冷器性能預(yù)測模型包括表冷器換熱量模型、表冷器傳熱效能模型、表冷器接觸系數(shù)模型、表冷器傳熱單元數(shù)模型、熱容比模型、出風參數(shù)模型；

所述表冷器換熱量模型為：

Q_b＝m_a,b(h_ai,b-h_ao,b)＝m_w,bc_p,w(t_wo,b-t_wi,b) (29)

所述表冷器傳熱效能模型為：

所述表冷器接觸系數(shù)模型為：(31)

所述表冷器傳熱單元數(shù)模型為：

所述熱容比模型為：

所述出風參數(shù)模型，在干工況時為：

t_go,b＝t_gi,b-ε_1,b(t_gi,b-t_wi,b) (34)

所述出風參數(shù)模型，在濕工況時為：

t_go,b＝t_gi,b-ε_2,b(t_gi,b-t_b) (36)

t_so,b＝t_go,b-(1-ε_2,b)(t_gi,b-t_si,b) (37)

所述出風參數(shù)模型，在臨界工況時，采用上述干工況時、濕工況時的出風參數(shù)模型均可；

式中，Q_b為表冷器換熱量；m_a,b為空氣質(zhì)量流量；h_ai,b為空氣入口焓值；h_ao,b為空氣出口焓值；m_w,b為水流量；t_wi,b，t_wo,b分別為表冷器進口水溫和出口水溫；ε_1,b為表冷器傳熱效能；t_gi，t_go分別為空氣進口干球溫度和出口干球溫度；γ為熱容比；NTU為表冷器傳熱單元數(shù)；ε_2,b為表冷器接觸系數(shù)；t_so,b，t_si,b分別為空氣出口濕球溫度和進口濕球溫度；a_o,b為空氣側(cè)換熱系數(shù)；F_b為表冷器總換熱面積；c_p,a為空氣比熱；K_b為表冷器總傳熱系數(shù)；t_Li為空氣進口露點溫度；

所述冷卻塔性能預(yù)測模型，在冷卻塔內(nèi)空氣在非飽和狀態(tài)下時為：

所述冷卻塔性能預(yù)測模型，在冷卻塔內(nèi)空氣在飽和狀態(tài)下時為：

式中，m_w,t為冷卻塔水質(zhì)量流量；dz為冷卻塔填料豎直方向微元長度；β_t為冷卻塔傳質(zhì)系數(shù)；a為填料比表面積；F_z為冷卻塔填料橫截面積；X_s,w為水溫對應(yīng)的飽和空氣含濕量；X為冷卻塔內(nèi)空氣水蒸氣質(zhì)量組分；T_w,t為水溫；Le為劉易斯數(shù)；c_p,v為水蒸氣定壓比熱；r₀為水的汽化潛熱；T_a,t為冷卻塔內(nèi)空氣溫度；m_a,t為冷卻塔空氣質(zhì)量流量；X_s,a為飽和空氣含濕量；(β_taF_Z)_j為換熱過程中的等效值，Me為模型參數(shù)，m_wi,t表示入口水流量，H_t表示填料高度；

所述水泵模型為：

H_p0＝a₀+a₁V₀+a₂V₀² (50)

P_in,p0＝b₀+b₁V₀+b₂V₀² (51)

式中，V₀、H_p0、P_in,p0分別為泵在轉(zhuǎn)速n₀下的流量、揚程與功率，V₁、H_p1、P_in,p1分別為泵在轉(zhuǎn)速n₁下的流量、揚程與功率；a₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂為模型參數(shù)。

所述流體輸配管路阻力模型為：

式中，H_f為設(shè)備或管路阻力，χ_i為第i段管路沿程阻力系數(shù)，l_i為第i段管路長度，d為管路水力直徑，ζ_j為第j個管道局部阻力件阻力系數(shù)，V為管道體積流量；為模型參數(shù)。

進一步的，本發(fā)明方法的步驟(1)中，既有空調(diào)系統(tǒng)的實測運行數(shù)據(jù)具體為：求解所述冷水機組性能預(yù)測模型的模型參數(shù)，即求解冷凝器的模型參數(shù)、蒸發(fā)器的模型參數(shù)和壓縮機的模型參數(shù)時，需要的實測數(shù)據(jù)有壓縮機吸氣溫度t_eo、壓縮機吸氣壓力p_e、壓縮機排氣溫度t_ci、壓縮機排氣壓力p_c、冷水機組負荷率ψ、壓縮機功率P_in、冷卻水流量m_w,c、冷凝器進口水溫t_wi,c、冷凝器出口水溫t_wo,c、冷凍水流量m_w,e、蒸發(fā)器進口水溫t_wi,e、蒸發(fā)器出口水溫t_wo,e；

求解所述表冷器性能預(yù)測模型的模型參數(shù)時，需要的實測數(shù)據(jù)為：冷凍水流量m_w,e、表冷器進口水溫t_wi,b、表冷器出口水溫t_wo,b、表冷器進口干球溫度t_gi,b、表冷器進口濕球溫度t_si,b、表冷器出口干球溫度t_go,b、表冷器出口濕球溫度t_so,b；

求解所述冷卻塔性能預(yù)測模型的模型參數(shù)時，需要的實測數(shù)據(jù)為：冷卻水流量m_w,c、冷卻塔進口水溫t_wi,t、冷卻塔出口水溫t_wo,t、冷卻塔進口干球溫度t_gi,t、冷卻塔進口濕球溫度t_si,t、冷卻塔出口干球溫度t_go,t、冷卻塔出口濕球溫度t_so,t；

求解所述水泵模型的模型參數(shù)時，需要的實測數(shù)據(jù)為：水泵在轉(zhuǎn)速n₀下的流量、揚程和功率；

求解所述流體輸配管路阻力模型的模型參數(shù)，需要實測的數(shù)據(jù)為：冷凍水流量m_w,e、冷卻水流量m_w,c、水泵揚程H₁。

進一步的，本發(fā)明方法步驟(1)中，采用最小二乘法分別求解空調(diào)系統(tǒng)中冷水機組性能預(yù)測模型、表冷器性能預(yù)測模型、冷卻塔性能預(yù)測模型、水泵模型和流體輸配管路阻力模型的特征參數(shù)時，使用克萊姆法則保證線性方程組解的存在性和唯一性，最終求得特征參數(shù)的唯一解。

進一步的，本發(fā)明方法步驟(2)中將所述空調(diào)系統(tǒng)各模型進行模擬連接的具體方法為：按照工作介質(zhì)流動方向，將各模型入口端的工作介質(zhì)狀態(tài)，作為與該入口端連接的模型出口端的工作介質(zhì)狀態(tài)，所述工作介質(zhì)包括制冷劑、冷凍水和冷卻水；將冷凍水管路阻力和設(shè)備阻力之和作為冷凍水泵揚程，將冷卻水管路阻力和設(shè)備阻力之和作為冷卻水泵揚程。

進一步的，本發(fā)明方法步驟(3)中，模擬工況參數(shù)具體為：冷水機組模型輸入?yún)?shù)包括冷水機組負荷率、冷凍水流量、冷卻水流量；表冷器性能預(yù)測模型輸入?yún)?shù)包括：冷凍水流量、表冷器進口風量、表冷器進口干球溫度和濕球溫度；冷卻塔性能預(yù)測模型輸入?yún)?shù)包括：冷卻水流量、冷卻塔進口風量、冷卻塔進口干球溫度和濕球溫度。

進一步的，本發(fā)明方法中，步驟(3)的具體流程為：

1)設(shè)定表冷器進口冷凍水溫，將其與冷凍水流量、表冷器進口風量、表冷器進口干濕球溫度一同輸入表冷器性能預(yù)測模型，對表冷器出口冷凍水溫進行模擬計算，所述表冷器出口冷凍水溫即為蒸發(fā)器進口冷凍水溫；

設(shè)定冷卻塔進口冷卻水溫，將其與冷卻水流量、冷卻塔進口風量、冷卻塔進口干濕球溫度一同輸入冷卻塔性能預(yù)測模型，對冷卻塔出口冷卻水溫進行模擬計算，所述冷卻塔出口冷卻水溫即為冷凝器進口冷卻水溫；

2)設(shè)定冷水機組蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，將其與冷水機組負荷率一同輸入壓縮機模型，根據(jù)常規(guī)壓縮多變過程計算得到制冷劑流量、排氣溫度和壓縮機電功率；

3)將設(shè)定的冷水機組蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，與冷凍水流量、所述步驟2)中壓縮機模型計算得到的制冷劑流量、所述步驟1)中得到的蒸發(fā)器進口冷凍水溫，一同輸入蒸發(fā)器模型，得到蒸發(fā)器進口制冷劑焓值和出口制冷劑焓值，結(jié)合制冷劑流量計算得到蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量，根據(jù)熱量守恒方程，利用蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量等于冷凍水側(cè)換熱量計算得到蒸發(fā)器出口冷凍水溫；根據(jù)傳熱基本方程，利用蒸發(fā)器總傳熱量和換熱系數(shù)計算得到蒸發(fā)器中制冷劑和冷凍水的傳熱溫差，所述蒸發(fā)器總傳熱量等于蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量；

將設(shè)定的冷水機組冷凝溫度，與冷卻水流量、所述步驟2)中壓縮機模型計算得到的排氣溫度、制冷劑流量、所述步驟1)中得到的冷凝器進口冷卻水溫，一同輸入冷凝器模型，得到冷凝器進口制冷劑焓值和出口制冷劑焓值，結(jié)合制冷劑流量計算得到冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量，根據(jù)熱量守恒方程，利用冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量等于冷卻水側(cè)換熱量計算得到冷凝器出口冷卻水溫，根據(jù)傳熱基本方程，利用冷凝器總傳熱量和換熱系數(shù)計算得到冷凝器中制冷劑和冷卻水的傳熱溫差，所述冷凝器總傳熱量等于冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量；

4)根據(jù)所述步驟1)中得到的蒸發(fā)器進口冷凍水溫、步驟3)中計算得到的蒸發(fā)器出口冷凍水溫、蒸發(fā)器中制冷劑和冷凍水的傳熱溫差，計算得到冷水機組蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度；

根據(jù)所述步驟1)中得到的冷凝器進口冷卻水溫、步驟3)中計算得到的冷凝器出口冷卻水溫、冷凝器中制冷劑和冷卻水的傳熱溫差，計算得到冷水機組冷凝器的冷凝溫度；

5)當以下四組條件均成立時，則將蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、表冷器進口冷凍水溫、表冷器出口冷凍水溫、冷凝器進口冷卻水溫、冷凝器出口冷卻水溫、壓縮機電功率、蒸發(fā)器總傳熱量和冷凝器總傳熱量作為系統(tǒng)模擬運行參數(shù)輸出，否則用每組條件中的計算值更新與之比較的設(shè)定值，返回步驟1)：

所述步驟1)中設(shè)定的表冷器進口冷凍水溫與所述步驟3)中計算得到的蒸發(fā)器出口冷凍水溫相等，所述步驟1)中設(shè)定的冷卻塔進口冷卻水溫與步驟3)中計算得到的冷凝器出口冷卻水溫相等，所述步驟3)中設(shè)定的冷水機組蒸發(fā)溫度與步驟4)中計算得到的蒸發(fā)溫度相等，所述步驟3)設(shè)定的冷水機組冷凝溫度與步驟4)中計算得到的冷凝溫度相等。

進一步的，本發(fā)明方法中，冷水機組性能預(yù)測模型、表冷器性能預(yù)測模型、冷卻塔性能預(yù)測模型、水泵模型和流體輸配管路阻力模型均是基于集總參數(shù)法，將既有空調(diào)系統(tǒng)中各部件的未知結(jié)構(gòu)參數(shù)進行集總建立得到。

進一步的，本發(fā)明方法中，空調(diào)系統(tǒng)為單臺冷水機組中央空調(diào)系統(tǒng)或由多臺冷水機組、多臺水泵和多套表冷器末端/混合末端所構(gòu)成的空調(diào)系統(tǒng)。

本發(fā)明將理論分析與實際測試相結(jié)合，在難以獲得空調(diào)系統(tǒng)各部件具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件下，提出將未知結(jié)構(gòu)參數(shù)集總的空調(diào)系統(tǒng)特征識別方法，根據(jù)實測數(shù)據(jù)采用最小二乘法對空調(diào)系統(tǒng)各部件的未知模型參數(shù)進行特征識別，將其作為表征各部件結(jié)構(gòu)特性的特征參數(shù)，并按照空調(diào)系統(tǒng)實際運行流程將已求得特征參數(shù)的各部件模型進行連接，通過模擬工況相關(guān)輸入?yún)?shù)對空調(diào)系統(tǒng)進行模擬，對實現(xiàn)機組全工況下的節(jié)能高效運行具有重要的理論與實際意義。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬方法相比，具有以下優(yōu)點：

現(xiàn)有結(jié)構(gòu)參數(shù)缺省條件下的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備模擬方法，主要通過簡化理論模型、基于經(jīng)驗公式或基于擬合公式建立仿真模型，存在精度較低，難以在不同系統(tǒng)中推廣或仿真模型需要以大量實測運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實際操作可行性不強的問題。

本發(fā)明將理論分析、實際測試與仿真模擬相結(jié)合，首先在難以獲得空調(diào)系統(tǒng)各部件具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件下，提出將未知結(jié)構(gòu)參數(shù)集總的特征識別方法，根據(jù)實測數(shù)據(jù)采用最小二乘法對空調(diào)系統(tǒng)各部件未知模型參數(shù)進行特征識別，得到表征各部件結(jié)構(gòu)特性的特征參數(shù)，再按照空調(diào)系統(tǒng)實際運行流程將已求得模型參數(shù)的各部件模型進行連接，各部件模型的進、出口狀態(tài)與實際運行類似，最終采用仿真模擬方法將系統(tǒng)運行指標與模擬工況參數(shù)一并輸入已確定了特征參數(shù)的各模型，計算得到空調(diào)系統(tǒng)各運行狀態(tài)參數(shù)，可有效地針對空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一考慮和準確模擬，為實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的整體節(jié)能優(yōu)化運行及系統(tǒng)優(yōu)化方案的節(jié)能評估提供依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明為求解既有空調(diào)系統(tǒng)中各部件特征參數(shù)而設(shè)置的數(shù)據(jù)測點布置圖。

圖2為本發(fā)明基于特征識別的空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1為求解既有空調(diào)系統(tǒng)中各部件模型參數(shù)而設(shè)置的數(shù)據(jù)測點布置圖。根據(jù)基于參數(shù)集總的建模原理，求解冷水機組性能預(yù)測模型、表冷器性能預(yù)測模型、冷卻塔性能預(yù)測模型、水泵模型以及流體輸配管理組力模型的特征參數(shù)，需要結(jié)合有關(guān)實測數(shù)據(jù)，為此按圖1所示布置測點：在壓縮機進、出口處分別布置溫度及壓力傳感器，實時檢測壓縮機吸氣溫度t_eo、壓縮機吸氣壓力p_e、壓縮機排氣溫度t_ci、壓縮機排氣壓力p_c；在冷凝器進、出口處分別布置溫度傳感器，實時檢測冷凝器進口水溫t_wi,c和出口水溫t_wo,c；在蒸發(fā)器進、出口處分別布置溫度傳感器，實時檢測蒸發(fā)器進口水溫t_wi,e和出口水溫t_wo,e；在冷凝器、蒸發(fā)器的出水管上分別布置流量傳感器，實時檢測冷卻水流量m_w,c和冷凍水流量m_w,e；在表冷器進、出口處分別布置溫度傳感器，實時檢測表冷器進口水溫t_wi,b和出口水溫t_wo,b；測量表冷器進口干球溫度t_gi,b、表冷器進口濕球溫度t_si,b、表冷器出口干球溫度t_go,b、表冷器出口濕球溫度t_so,b；在冷卻塔進、出口處分別布置溫度傳感器，實時檢測冷卻塔進口水溫t_wi,t和出口水溫t_wo,t；測量冷卻塔進口干球溫度t_gi,t、冷卻塔進口濕球溫度t_si,t、冷卻塔出口干球溫度t_go,t、冷卻塔出口濕球溫度t_so,t；測量壓縮機功率P_in、冷凍水泵功率P_in,dp以及冷卻水泵功率P_in,lp；測量冷水機組負荷率ψ、冷凍水泵轉(zhuǎn)速n_dp、冷卻水泵轉(zhuǎn)速n_lp。

圖2為基于特征識別空調(diào)系統(tǒng)仿真模擬流程圖，第一步基于集總參數(shù)法，將既有空調(diào)系統(tǒng)中各部件的未知結(jié)構(gòu)參數(shù)進行集總，分別建立空調(diào)系統(tǒng)中冷水機組性能預(yù)測模型、表冷器性能預(yù)測模型、冷卻塔的性能預(yù)測模型、水泵模型、流體輸配管路阻力模型，主要包括：

(1)冷水機組性能預(yù)測模型：

a.蒸發(fā)器模型在變水量工況下為：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (3)

蒸發(fā)器模型在變水溫工況下為：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (8)

式中，Q_e1、Δt_e1分別為兩相區(qū)的換熱量和換熱溫差；Q_e2、Δt_e2分別為過熱區(qū)的換熱量和換熱溫差；m_w,e為冷凍水流量；c_p,w為水的比熱；m_r為制冷劑流量；A^＊_e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；x₁為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的水側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；B^＊_1,e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；y₁為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；C^＊_e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；B^＊_2,e為與蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和污垢熱阻有關(guān)的模型參數(shù)；y₂為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式蒸發(fā)器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；Q_e為蒸發(fā)器總換熱量；t_wi,e，t_wo,e分別為冷凍水進口溫度和出口溫度；t_w1,e為兩相區(qū)冷凍水入口溫度；h_ei，h_eo分別為蒸發(fā)器入口焓值和出口的焓值；t_e為冷水機組蒸發(fā)溫度；t_eo為壓縮機吸氣溫度，即蒸發(fā)器出口制冷劑溫度。

b.冷凝器模型在變水量工況下為：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (11)

冷凝器模型在變水溫工況下為：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (16)

式中，Q_c為冷凝器換熱量；m_w,c為冷卻水流量；t_wi,c，t_wo,c分別為冷凝器的冷卻水進口溫度和出口溫度；h_ci，h_co分別為冷凝器入口焓值和出口的焓值；Δt_c1，Δt_c2，Δt_c3分別為冷凝器過冷區(qū)、兩相區(qū)和過熱區(qū)的換熱溫差；A^＊_c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；x₂為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的水側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；B^＊_1,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；y₃為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；C^＊_c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；B^＊_2,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；y₄為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；B^＊_3,c為需要確定的冷凝器模型參數(shù)；y₅為根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式冷凝器的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗公式得到的常系數(shù)；t_c為冷水機組冷凝溫度；t_co為制冷劑在冷凝器出口的溫度；t_w1,c，t_w2,c分別為兩相區(qū)冷卻水進口溫度和出口溫度；t_ci為壓縮機排氣溫度。

c.壓縮機模型為：

V_th＝ψV_th0 (22)

式中，m_r為制冷劑的質(zhì)量流量；λ為輸氣系數(shù)；V_th為壓縮機理論輸氣量；v₁為壓縮機吸氣比容；ψ為冷水機組負荷率，對于結(jié)構(gòu)形式一定的壓縮機，額定工況下的理論輸氣量為定值，當進行能量調(diào)節(jié)時，將實際工況下的理論輸氣量與額定工況下的理論輸氣量比值定義為冷水機組負荷率，用ψ表示；針對變轉(zhuǎn)速運行壓縮機，ψ即為壓縮機實際運行轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之比；針對變頻壓縮機，ψ即為壓縮機實際運行頻率與額定頻率之比；V_th0為壓縮機額定工況下理論輸氣量；T_eo為吸氣溫度；T_ci為排氣溫度；p_c為冷凝壓力；p_e為蒸發(fā)壓力；k為壓縮過程多變指數(shù)；P_th為壓縮機理論功率；P_in為壓縮機實際功率；η_e為壓縮機的電能效率；

其中，對于高速、多杠壓縮機(n.≥720r/min，C＝3％～4％)輸氣系數(shù)λ可采用下面經(jīng)驗公式：

電能效率η_e表示為：

η_e＝η_i·η_m·η_d·η_mo

式中η_i、η_m、η_d、η_mo分別是壓縮機的指示效率、摩擦效率、聯(lián)軸器傳動效率和電機效率。通常取η_e＝0.4～0.55。

d.節(jié)流閥模型為：

h_co＝h_ei (26)

t_eo＝t_e+Δt_e (27)

t_co＝t_c-Δt_c (28)

式中，h_co為節(jié)流閥入口焓值；h_ei為節(jié)流閥出口焓值；Δt_e為過熱度；Δt_c為過冷度；

(2)表冷器性能預(yù)測模型包括如下表冷器換熱量模型、表冷器傳熱效能模型、表冷器接觸系數(shù)模型、表冷器傳熱單元數(shù)模型、熱容比模型、出風參數(shù)模型：

表冷器換熱量模型：

Q_b＝m_a,b(h_ai,b-h_ao,b)＝m_w,bc_p,w(t_wo,b-t_wi,b) (29)

表冷器傳熱效能模型：

表冷器接觸系數(shù)模型：

表冷器傳熱單元數(shù)模型：

熱容比模型：

出風參數(shù)模型，在干工況時為：

t_go,b＝t_gi,b-ε_1,b(t_gi,b-t_wi,b) (34)

出風參數(shù)模型，在濕工況時為：

t_go,b＝t_gi,b-ε_2,b(t_gi,b-t_b) (36)

t_so,b＝t_go,b-(1-ε_2,b)(t_gi,b-t_si,b) (37)

出風參數(shù)模型，在臨界工況時，采用上述干工況時、濕工況時的出風參數(shù)模型均可；此處臨界工況定義為，出風溫度正好達到出風空氣的露點溫度。

式中，Q_b為表冷器換熱量；m_a,b為空氣質(zhì)量流量；h_ai,b為空氣入口焓值；h_ao,b為空氣出口焓值；m_w,b為水流量；t_wi,b，t_wo,b分別為表冷器進口水溫和出口水溫；ε_1,b為表冷器傳熱效能；t_gi，t_go分別為空氣進口干球溫度和出口干球溫度；γ為熱容比；NTU為表冷器傳熱單元數(shù)；ε_2,b為表冷器接觸系數(shù)；t_so,b，t_si,b分別為空氣出口濕球溫度和進口濕球溫度；a_o,b為空氣側(cè)換熱系數(shù)；F_b為表冷器總換熱面積；c_p,a為空氣比熱；K_b為表冷器總傳熱系數(shù)；t_Li為空氣進口露點溫度；

(3)冷卻塔性能預(yù)測模型，在冷卻塔內(nèi)空氣在非飽和狀態(tài)下時為：

所述冷卻塔性能預(yù)測模型，在冷卻塔內(nèi)空氣在飽和狀態(tài)下時為：

式中，m_w,t為冷卻塔水質(zhì)量流量；dz為冷卻塔填料豎直方向微元長度；β_t為冷卻塔傳質(zhì)系數(shù)；a為填料比表面積；F_z為冷卻塔填料橫截面積；X_s,w為水溫對應(yīng)的飽和空氣含濕量；X為冷卻塔內(nèi)空氣水蒸氣質(zhì)量組分；T_w,t為水溫；Le為劉易斯數(shù)；c_p,_v為水蒸氣定壓比熱；r₀為水的汽化潛熱；T_a,t為冷卻塔內(nèi)空氣溫度；m_a,t為冷卻塔空氣質(zhì)量流量；X_s,_a為飽和空氣含濕量；(β_taF_Z)_j為換熱過程中的等效值，Me為模型參數(shù)，m_wi,t表示入口水流量，H_t表示填料高度；

(4)水泵模型為：

H_p0＝a₀+a₁V₀+a₂V₀² (50)

P_in,p0＝b₀+b₁V₀+b₂V₀² (51)

式中，V₀、H_p0、P_in,p0分別為泵在轉(zhuǎn)速n₀下的流量、揚程與功率，V₁、H_p1、P_in,p1分別為泵在轉(zhuǎn)速n₁下的流量、揚程與功率；a₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂為模型參數(shù)。

(5)流體輸配管路阻力模型為：

式中，H_f為設(shè)備或管路阻力，χ_i為第i段管路沿程阻力系數(shù)，l_i為第i段管路長度，d為管路水力直徑，ζ_j為第j個管道局部阻力件阻力系數(shù)，V為管道體積流量；為模型參數(shù)，可由空調(diào)系統(tǒng)實測某流量下水泵揚程減去設(shè)備總阻力獲得其值。

第二步為根據(jù)實測數(shù)據(jù)，分別求解各部件性能預(yù)測模型的特征參數(shù)。通過圖1中空調(diào)系統(tǒng)運行時相關(guān)測點檢測的數(shù)據(jù)，利用最小二乘法擬合表征各部件結(jié)構(gòu)特性的特征參數(shù)。

第三步為按照所仿真模擬空調(diào)系統(tǒng)的實際連接關(guān)系，將所述空調(diào)系統(tǒng)中冷水機組性能預(yù)測模型、表冷器性能預(yù)測模型、冷卻塔性能預(yù)測模型、水泵模型、流體輸配管路阻力模型進行模擬連接，具體為：實際運行時壓縮機出口連接冷凝器入口，模擬時壓縮機出口制冷劑狀態(tài)為冷凝器入口制冷劑狀態(tài)；實際運行時冷凝器出口連接節(jié)流閥入口，模擬時冷凝器出口制冷劑狀態(tài)為節(jié)流閥入口制冷劑狀態(tài)；實際運行時節(jié)流閥出口連接蒸發(fā)器入口，模擬時節(jié)流閥出口制冷劑狀態(tài)為蒸發(fā)器入口制冷劑狀態(tài)；實際運行時蒸發(fā)器出口連接壓縮機入口，模擬時蒸發(fā)器出口制冷劑狀態(tài)為壓縮機入口制冷劑狀態(tài)；實際運行時蒸發(fā)器內(nèi)冷凍水與制冷劑逆流換熱，從蒸發(fā)器流出的冷凍水進入表冷器內(nèi)與空氣逆流換熱，冷凍水從表冷器流出后再進入蒸發(fā)器內(nèi)，模擬時蒸發(fā)器出口冷凍水狀態(tài)為表冷器入口冷凍水狀態(tài)，表冷器出口冷凍水狀態(tài)為蒸發(fā)器入口冷凍水狀態(tài)；實際運行時在冷凍水管路中設(shè)有冷凍水泵，模擬時冷凍水管路阻力和設(shè)備阻力之和等于冷凍水泵揚程；實際運行時冷凝器內(nèi)冷卻水與制冷劑逆流換熱，從冷凝器流出的冷卻水進入冷卻塔內(nèi)與空氣逆流換熱，冷卻水從冷卻塔流出后再進入冷凝器內(nèi)，模擬時冷凝器出口冷卻水狀態(tài)為冷卻塔入口冷卻水狀態(tài)，冷卻塔出口冷卻水狀態(tài)為冷凝器入口冷凍水狀態(tài)；實際運行時在冷卻水管路中設(shè)有冷卻水泵，模擬時冷卻水管路阻力和設(shè)備阻力之和等于冷卻水泵揚程。

第四步為設(shè)定以下系統(tǒng)運行指標：冷水機組蒸發(fā)溫度、冷水機組冷凝溫度、表冷器進口冷凍水溫和冷卻塔進口冷卻水溫，將所述系統(tǒng)運行指標與模擬工況參數(shù)一并輸入已在所述步驟一、二中確定了特征參數(shù)的各模型，計算得到空調(diào)系統(tǒng)各運行狀態(tài)參數(shù)。

具體模擬過程主要包括以下步驟：

1)設(shè)定表冷器進口冷凍水溫，將其與冷凍水流量、表冷器進口風量、表冷器進口干濕球溫度一同輸入表冷器性能預(yù)測模型，按照下列公式對表冷器出口冷凍水溫進行模擬計算，所述表冷器出口冷凍水溫即為蒸發(fā)器進口冷凍水溫；

在干工況時為：

t_go,b＝t_gi,b-ε_1,b(t_gi,b-t_wi,b)

在濕工況時為：

t_go,b＝t_gi,b-ε_2,b(t_gi,b-t_b)

t_so,b＝t_go,b-(1-ε_2,b)(t_gi,b-t_si,b)

設(shè)定冷卻塔進口冷卻水溫，將其與冷卻水流量、冷卻塔進口風量、冷卻塔進口干濕球溫度一同輸入冷卻塔性能預(yù)測模型，按照下列公式對冷卻塔出口冷卻水溫進行模擬計算，所述冷卻塔出口冷卻水溫即為冷凝器進口冷卻水溫：

冷卻塔內(nèi)空氣在非飽和狀態(tài)下：

冷卻塔內(nèi)空氣在飽和狀態(tài)下：

2)設(shè)定冷水機組蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，將其與冷水機組負荷率一同輸入壓縮機模型，根據(jù)常規(guī)壓縮多變過程計算得到制冷劑流量、排氣溫度和壓縮機電功率，具體計算式為；

制冷劑流量：

排氣溫度：

壓縮機電功率：

3)將設(shè)定的冷水機組蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，與冷凍水流量、所述步驟2)中得到的制冷劑流量、所述步驟1)中得到的表冷器出口冷凍水溫，一同輸入蒸發(fā)器模型，得到蒸發(fā)器進口制冷劑焓值和出口制冷劑焓值，結(jié)合制冷劑流量可計算得到蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量，計算式為：

Q_e＝m_r(h_eo-h_ei)

根據(jù)熱量守恒方程，利用蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量等于冷凍水側(cè)換熱量計算得到蒸發(fā)器出口冷凍水溫：

t_wo,e＝t_wi,e-Q_e/m_w,ec_p,w

根據(jù)傳熱基本方程，利用蒸發(fā)器總傳熱量和換熱系數(shù)計算得到制冷劑和冷凍水的傳熱溫差，所述蒸發(fā)器總傳熱量等于蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量；

將設(shè)定的冷水機組冷凝溫度，與冷卻水流量、所述步驟2)中得到的排氣溫度、制冷劑流量、所述步驟1)中得到的冷卻塔出口冷卻水溫，一同輸入冷凝器模型，得到冷凝器進口制冷劑焓值和出口制冷劑焓值，結(jié)合制冷劑流量可計算得到冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量，計算式為：

Q_c＝m_r(h_ci-h_co)

根據(jù)熱量守恒方程，利用冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量等于冷卻水側(cè)換熱量計算得到冷凝器出口冷卻水溫：

t_wo,c＝Q_c/m_w,cc_p,w+t_wi,c

根據(jù)傳熱基本方程，冷凝器總傳熱量和換熱系數(shù)計算得到制冷劑和冷卻水的傳熱溫差，所述冷凝器總傳熱量等于冷凝器內(nèi)制冷劑側(cè)換熱量；

4)根據(jù)所述步驟1)中得到的蒸發(fā)器進口冷凍水溫、步驟3)中計算得到的蒸發(fā)器出口冷凍水溫、蒸發(fā)器中制冷劑和冷凍水的傳熱溫差，計算得到冷水機組蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度：

根據(jù)所述所述步驟1)中得到的冷凝器進口冷卻水溫、步驟3)中計算得到的冷凝器出口冷卻水溫、冷凝器中制冷劑和冷卻水的傳熱溫差，計算得到冷水機組冷凝器的冷凝溫度：

5)當以下四組條件均成立時，則將蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、表冷器進口冷凍水溫、表冷器出口冷凍水溫、冷凝器進口冷卻水溫、冷凝器出口冷卻水溫、壓縮機電功率、蒸發(fā)器總傳熱量和冷凝器總傳熱量作為系統(tǒng)模擬運行參數(shù)輸出，否則用每組條件中的計算值更新與之比較的設(shè)定值，返回步驟1)：

所述步驟1)中設(shè)定的表冷器進口冷凍水溫與所述步驟3)中計算得到的蒸發(fā)器出口冷凍水溫相等，所述步驟1)中設(shè)定的冷卻塔進口冷卻水溫與步驟3)中計算得到的冷凝器出口冷卻水溫相等，所述步驟3)中設(shè)定的冷水機組蒸發(fā)溫度與步驟4)中計算得到的蒸發(fā)溫度相等，所述步驟3)設(shè)定的冷水機組冷凝溫度與步驟4)中計算得到的冷凝溫度相等。

模擬過程流程圖如圖2所示，圖中t_wi,b為表冷器進口冷凍水溫，t_wi,t為冷卻塔進口冷卻水溫，t_wo,e為蒸發(fā)器出口冷凍水溫，t_wo,c為冷凝器出口冷卻水溫，t_e、t_c分別為假定的冷水機組蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，t_e'、t_c'分別為模擬得到的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度。

上述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發(fā)明權(quán)利要求進行改進和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護范圍。