CN110953697A - 基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法 - Google Patents

基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法 Download PDF

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田喆
朱鼎辉
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values

Abstract

本发明公开了基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法，首先使用Modelica语言建立风道系统的数学模型，以手动调节阀的阻力系数作为调节变量输入模型；计算各风口出风量仿真值与设计值的最小绝对误差(LAD)作为优化目标，选取优化算法不断优化，直至误差达到最小值；最后计算优化后仿真结果风量与设计风量的偏差值，并与规范要求进行比较。本发明提出的基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法，可以为实际调试工作提供指导，减少实际工程中投入的人力和时间。

Description

基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法
技术领域
本发明涉及建筑空调系统调试方法，尤其涉及一种基于Modelica的新建大型公共建筑空调风系统初平衡调试方法。
背景技术
建筑行业中的调试(Commissioning)，属于北美建筑行业成熟的管理和技术体系，是一种使得建筑各个系统在方案设计、图纸设计、安装、单机试运转、性能测试、运行和维护的整个过程中确保能够实现设计意图和满足业主使用要求的工作程序和方法。
如图1所示，一套完整的空调风系统，通常由风机、风管、分流三通、弯头连接而成，风机为整个空调风系统的动力源，提供热湿处理过后的空气及克服阻力损失所需的压头，经过热湿处理过后的空气经过风管和分流三通、弯头等管件后(弯头的作用在于改变管道的走向，分流三通的作用在于从主风管中引出一个支管进行流量的分配。在一个风系统中所有的直管段都可以称为风管，通过弯头、三通等管件将风管连接起来)，通过风口送入室内，每个风口前都会设置一个手动调节阀，其调试工作的关键在于风平衡的调试，通过调节每个风口前的手动调节阀的阻力系数，保证各风口的出风量满足设计要求。目前，最常用的风平衡调试方法为比例调节法，这是一种迭代方法，需要不断调节手动调节阀以达到调试目标，且调节其中任意一个手动调节阀的阻力系数都会对整个风系统的水力特性产生影响。对于这种方法，调试的质量很大程度上取决于现场操作人员的工程经验，并且需要花费大量的时间。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点,提供基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法,为新建大型公共建筑空调风系统初平衡调试提供指导。
本发明是这样实现的，基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法，包括如下步骤：
基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法，包括以下步骤：
步骤一、选择位于各个风口处的手动调节阀的阻力系数形成一组手动调节阀阻力系数作为输入空调风系统模型中手动调节阀模型的初始值，使用Modelica语言依照实际工程风系统现场布置情况及尺寸信息建立由风管模型、弯头模型、分流三通模型、手动调节阀模型和风机模型组成一个整体的空调风系统模型；
其中风机模型采用风机的流量-压头曲线表示；
风管模型和弯头模型的计算公式如下：
Figure BDA0002276653900000021
Figure BDA0002276653900000022
Figure BDA0002276653900000023
式中：ΔP1为风管阻力损失，Pa；S为风管阻力系数；Q1为经过风管的空气流量，m3/h，由风机提供，在模型仿真中计算得到；ΔP2为弯头阻力损失，Pa；ζ1为弯头阻力系数；ρ为空气密度，kg/m3，为已知量；v为空气流经弯头的流速，m/s；Q2为经过弯头的空气流量，m3/h，由风机提供，在模型仿真中计算得到；A1为弯头截面积，m2；
分流三通分为直通管段和旁通管段两部分，其数学模型均通过以下公式进行计算：
Figure BDA0002276653900000031
Figure BDA0002276653900000032
Figure BDA0002276653900000033
ζ2＝a1R5+a2R4+a3R3+a4R2+a5R+a6
Figure BDA0002276653900000034
式中：vup为分流三通上游流速，m/s；Qup为分流三通上游流量，m3/h；Aup为分流三通上游截面积，m2；vdown为分流三通下游流速，m/s；Qdown为分流三通上游流量，m3/h；Adown为分流三通下游截面积，m2；R为上下游流速之比；ζ2为分流三通阻力系数；ΔP3为分流三通阻力损失，Pa；ρ为空气密度，kg/m3；[a1…a6]为常系数；
手动调节阀数学模型具体计算公式如下：
Figure BDA0002276653900000037
Figure BDA0002276653900000035
Figure BDA0002276653900000036
式中：ΔP4为手动调节阀阻力损失，Pa；ζ3为手动调节阀阻力系数；ρ为空气密度，kg/m3；v为空气流经手动调节阀的流速，m/s；b1,b2,b3为常系数；Q3为空气流量，m3/h；A3为手动调节阀截面积，m2；
步骤二、将所述的作为初始值的一组手动调节阀阻力系数输入空调风系统模型的手动调节阀数学模型，使用Dymola作为Modelica语言的编译和计算平台对整个空调风系统模型进行仿真，仿真结果输出为每个风口的出风量，并计算仿真结果与风口出风量设计值的最小绝对误差；
步骤三、若最小绝对误差已达到最小值，则进行下一步骤，否则使用粒子群优化算法选择一组新的手动调节阀的阻力系数重复步骤二；
步骤四、计算仿真结果与风口出风量设计值的偏差率，若偏差率满足±10％国家规范要求，则将该组手动调节阀的阻力系数作为最终的输出结果以辅助现场调试，若不满足国家规范要求，使用粒子群优化算法选择一组新的手动调节阀阻力系数，重复步骤二至步骤四直至偏差率满足国家规范要求。
本发明具有以下优点和积极效果：
本发明提出的基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法，可以为实际调试工作提供指导，可根据仿真结果得到的手动调节阀阻力系数对现场的阀门进行调整，减少实际工程中投入的人力和时间，并实现良好的管道初平衡效果。
附图说明
图1是简单空调风系统示意图；
图2是本发明基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法流程图。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明做进一步说明。本发明的实例是为了更好地让本领域的技术人员理解本发明，并不对本发明做任何的限制。
如图2所示，本发明的基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法，包括以下步骤：
步骤一、选择位于各个风口处的手动调节阀的阻力系数形成一组手动调节阀阻力系数作为输入空调风系统模型中手动调节阀模型的初始值，使用Modelica语言依照实际工程风系统现场布置情况及尺寸信息建立由风管模型、弯头模型、分流三通模型、手动调节阀模型和风机模型组成一个整体的空调风系统模型；
其中风机模型采用风机的流量-压头曲线表示，在实际运行的某一时刻或某一时间段内，风机只能按其曲线上的某一点工作，该工作状态点的压头与空调风系统的阻力损失相等，流量为风机接入空调风系统的流量。风机的流量-压头曲线风机以供应商提供的工频转速下的风机流量-压头曲线作为基准，利用相似原理计算得到风机不同转速下的流量-压头曲线；
风管模型和弯头模型均为具有固定阻力系数的流动阻力模型，风管阻力系数由风管尺寸决定和弯头阻力系数由弯头尺寸决定，风管模型和弯头模型的具体计算公式如下：
Figure BDA0002276653900000051
Figure BDA0002276653900000052
Figure BDA0002276653900000053
式中：ΔP1为风管阻力损失，Pa；S为风管阻力系数，由风管尺寸决定，为已知量；Q1为经过风管的空气流量，m3/h，由风机提供，在模型仿真中计算得到；ΔP2为弯头阻力损失，Pa；ζ1为弯头阻力系数，由弯头尺寸决定，为已知量；ρ为空气密度，kg/m3，为已知量；v为空气流经弯头的流速，m/s；Q2为经过弯头的空气流量，m3/h，由风机提供，在模型仿真中计算得到；A1为弯头截面积，㎡，由弯头尺寸决定，为已知量。
分流三通分为直通管段和旁通管段两部分，其数学模型均通过以下公式进行计算：
Figure BDA0002276653900000061
Figure BDA0002276653900000062
Figure BDA0002276653900000063
ζ2＝a1R5+a2R4+a3R3+a4R2+a5R+a6
Figure BDA0002276653900000064
式中：vup为分流三通上游流速，m/s；Qup为分流三通上游流量，由风机提供，在模型仿真中计算得到，m3/h；Aup为分流三通上游截面积，㎡，由其尺寸决定，为已知量；vdown为分流三通下游流速，m/s；Qdown为分流三通上游流量，由风机提供，在模型仿真中计算得到，m3/h；Adown为分流三通下游截面积，㎡，由其尺寸决定，为已知量；R为上下游流速之比；ζ2为分流三通阻力系数；ΔP3为分流三通阻力损失，Pa；ρ为空气密度，kg/m3，为已知量；[a1…a6]为常系数，由曲线拟合得到，为已知量。
手动调节阀数学模型具体计算公式如下：
Figure BDA0002276653900000065
Figure BDA0002276653900000066
Figure BDA0002276653900000067
式中：ΔP4为手动调节阀阻力损失，Pa；ζ3为手动调节阀阻力系数；ρ为空气密度，kg/m3，为已知量；v为空气流经手动调节阀的流速，m/s；b1,b2,b3为常系数，由曲线拟合得到，为已知量；Q3为空气流量，m3/h，由风机提供，在模型仿真中计算得到；A3为手动调节阀截面积，㎡，由手动调节阀尺寸决定，为已知量。
步骤二、将所述的作为初始值的一组手动调节阀阻力系数输入空调风系统模型的手动调节阀数学模型，使用Dymola作为Modelica语言的编译和计算平台对整个空调风系统模型进行仿真，仿真结果输出为每个风口的出风量，并计算仿真结果与风口出风量设计值的最小绝对误差(LAD)；
步骤三、若LAD已达到最小值，则进行下一步骤，否则使用粒子群优化算法选择一组新的手动调节阀的阻力系数重复步骤二。
步骤四、计算仿真结果与风口出风量设计值的偏差率，若偏差率满足国家规范《通风与空调工程施工质量验收规范》中，偏差率±10％的要求，则将该组手动调节阀的阻力系数组合作为最终的输出结果以辅助现场调试，若无法满足偏差率±10％的要求，使用粒子群优化算法选择一组新的阻力系数，重复步骤二至步骤四直至偏差率满足国家规范要求。
具体的计算结果如下表1所示。
阀门编号 设计风量m<sup>3</sup>/h 仿真后风量m<sup>3</sup>/h 偏差率 阀门开度
dam 1000 964.3 -3.57％ 65％
dam1 1000 1045.3 4.53％ 70％
dam2 1000 1032.7 3.27％ 70％
dam3 600 616.7 2.78％ 80％
dam4 1000 964 -3.6％ 75％
dam5 1000 1041.6 4.16％ 75％
dam6 600 587.7 -2.04％ 80％
dam7 1000 1023.7 2.37％ 85％
dam8 1000 1018.4 1.84％ 100％
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。
本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于Modelica的空调风系统初平衡调试方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、选择位于各个风口处的手动调节阀的阻力系数形成一组手动调节阀阻力系数作为输入空调风系统模型中手动调节阀模型的初始值，使用Modelica语言依照实际工程风系统现场布置情况及尺寸信息建立由风管模型、弯头模型、分流三通模型、手动调节阀模型和风机模型组成一个整体的空调风系统模型；
其中风机模型采用风机的流量-压头曲线表示；
风管模型和弯头模型的计算公式如下：
Figure FDA0002276653890000011
Figure FDA0002276653890000012
Figure FDA0002276653890000013
式中：ΔP1为风管阻力损失，Pa；S为风管阻力系数；Q1为经过风管的空气流量，m3/h，由风机提供，在模型仿真中计算得到；ΔP2为弯头阻力损失，Pa；ζ1为弯头阻力系数；ρ为空气密度，kg/m3，为已知量；v为空气流经弯头的流速，m/s；Q2为经过弯头的空气流量，m3/h，由风机提供，在模型仿真中计算得到；A1为弯头截面积，m2；
分流三通分为直通管段和旁通管段两部分，其数学模型均通过以下公式进行计算：
Figure FDA0002276653890000021
Figure FDA0002276653890000022
Figure FDA0002276653890000023
ζ2＝a1R5+a2R4+a3R3+a4R2+a5R+a6
Figure FDA0002276653890000024
式中：vup为分流三通上游流速，m/s；Qup为分流三通上游流量，m3/h；Aup为分流三通上游截面积，m2；vdown为分流三通下游流速，m/s；Qdown为分流三通上游流量，m3/h；Adown为分流三通下游截面积，m2；R为上下游流速之比；ζ2为分流三通阻力系数；ΔP3为分流三通阻力损失，Pa；ρ为空气密度，kg/m3；[a1…a6]为常系数；
手动调节阀数学模型具体计算公式如下：
Figure FDA0002276653890000025
Figure FDA0002276653890000026
Figure FDA0002276653890000027
式中：ΔP4为手动调节阀阻力损失，Pa；ζ3为手动调节阀阻力系数；ρ为空气密度，kg/m3；v为空气流经手动调节阀的流速，m/s；b1,b2,b3为常系数；Q3为空气流量，m3/h；A3为手动调节阀截面积，m2；
步骤二、将所述的作为初始值的一组手动调节阀阻力系数输入空调风系统模型的手动调节阀数学模型，使用Dymola作为Modelica语言的编译和计算平台对整个空调风系统模型进行仿真，仿真结果输出为每个风口的出风量，并计算仿真结果与风口出风量设计值的最小绝对误差；
步骤三、若最小绝对误差已达到最小值，则进行下一步骤，否则使用粒子群优化算法选择一组新的手动调节阀的阻力系数重复步骤二；
步骤四、计算仿真结果与风口出风量设计值的偏差率，若偏差率满足±10％国家规范要求，则将该组手动调节阀的阻力系数作为最终的输出结果以辅助现场调试，若不满足国家规范要求，使用粒子群优化算法选择一组新的手动调节阀阻力系数，重复步骤二至步骤四直至偏差率满足国家规范要求。
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