（检测技术与自动化装置专业论文）基于系统能效的中央空调末端优化控制.pdf

l 原创性声明 l i | 1 l l l i i | m | l l l i 舢m 1 i i i i 17 9 0 2 2 1 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：磁 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：j 蛾导师签名：日期：幽 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 研究现状、发展动态2 1 2 1 空调自动控制发展概况2 1 2 2 中央空调末端控制研究现状3 1 3 研究内容与意义5 第二章中央空调末端系统能效理论分析7 2 1 系统能效理论7 2 1 1 系统能效理论的提出7 2 1 2 系统能效的定义7 2 2 空调末端系统能效计算方法9 2 2 1 末端系统能耗的计算9 2 2 2 空调冷负荷的组成1 1 2 2 3 空调冷负荷的计算1 3 2 3 空调末端系统能效理论的应用1 4 2 3 1 末端系统能效的简化计算1 4 2 3 2 末端系统能效的应用1 5 2 4 小结1 6 第三章组合式空调机组节能控制器设计1 7 3 1 组合式空调机组控制系统1 7 3 1 1 组合式空调机组节能控制技术1 7 3 1 2 系统结构与工作原理1 7 3 1 3 系统设计要求1 9 3 2 系统硬件设计2 1 山东大学硕士学位论文 3 2 1 系统硬件组成2 1 3 2 2 单元电路设计2 3 3 3 系统软件设计2 6 3 3 1 嵌入式操作系统2 6 3 3 2 基于p i c 2 4 系列单片机的嵌入式操作系统2 8 3 3 3 系统功能程序设计2 9 3 4 液晶功能模块设计4 1 3 4 1 液晶介绍4 1 3 4 2 功能设计4 2 3 5 系统测试4 5 3 5 1 硬件测试4 5 3 5 2 软件测试4 6 第四章系统实验及效果分析4 7 4 1 系统实验4 7 4 1 1 实验环境介绍4 7 4 1 2 实验方案4 7 4 1 3 控制策略的实施4 9 4 2 实验数据分析5 l 4 2 1 末端系统冷负荷分析5 2 4 2 2 控制效果分析5 5 4 2 3 实验系统能效分析5 8 4 3 分析总结6 0 4 3 1 控制系统不足与改进6 0 4 3 2 末端系统能效评价体系小结6 1 第五章总结与展望6 3 5 1 工作总结6 3 5 2 相关工作展望6 3 附录一6 5 山东大学硕士学位论文 附录二6 6 参考文献6 7 致谢7 1 攻读硕士期间发表的论文和参与的项目7 3 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i l l c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n d 1 1 2r e s e a r c hs t a t u sa n d d e v e l o p m e n t 2 1 2 1r e s e a r c ho f a i r - c o n d i t i o n i n gc o n t r o l 2 1 2 2r e s a e a c ho fc e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a lc o n t r o l 3 1 3r e s e a r c hc o n t e n ta n ds i g n i f i c a n c e 5 c h a p t e r2s y s t e me n e r g ye f f i c i e n c yo fc e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a l 7 2 1s y s t e me n e r g ye f f i c i e n c yt h e o r y 7 2 1 1p r o p o s i n go f t h et h e o r y 7 2 1 2d e f i n i t i o no ft h et h e o r y 7 2 2c a l c u l a t i o no f a i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y 9 2 2 1c a l c u l a t i o no f e n e r g yc o n s u m p t i o n 9 2 2 2t h ec o m p o s i t i o no f t h ec o o l i n gl o a d 11 2 2 3c a l c u l a t i o no ft h ec o o l i n gl o a d 13 2 3a p p l i c a t i o no f a i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y 1 4 2 3 1s i m p l i f i e dc a l c u l a t i o no f t e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y 1 4 2 3 2a p p l i c a t i o no f t e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y 1 5 2 4s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 16 c h a p t e r 3d e s i g no fc e n t r a l - s t a t i o na h u e n e r g y - s a v i n gc o n t r o l l e r 1 7 3 1c e n t r a l s t a t i o n a i rh a n d l i n gu n i t sc o n t r o ls y s t e m 。1 7 3 1 1c e n t r a l s t a t i o na h u e n e r g y s a v i n gc o n t r o lt e c h n o l o g y 1 7 ：；1 2s y s t e ms t r u c t u r ea n dw o r k i n g p r i n c i p l e 1 7 ：；1 3r e q u i r e m e n t so f s y s t e md e s i g n 1 9 3 2h a r d w a r ed e s i g n 2 1 v 山东大学硕士学位论文 3 2 1h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n 。2 1 3 2 2c e l lc i r c u i td e s i g n 2 3 3 3s o f t w a r ed e s i g n 2 6 3 3 1e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m 2 6 3 3 2e m b e d d e ds y s t e mb a s e do np i c 2 4m c u 2 8 3 3 3f u n c t i o n a lp r o g r a m m i n g 2 9 3 4l c dm o d u l ed e s i g n 4 1 3 4 1l c di n t r o d u c t i o n 4 1 3 4 2f u n c t i o n a lp r o g r a m m i n g 4 2 3 5s y s t e mt e s t i n g 4 5 3 5 1h a r d w a r et e s t i n g 4 5 3 5 2s o f t w a r et e s t i n g 4 6 c h a p t e r 4e x p e r i m e n ta n de f f e c ta n a l y s i s 4 7 4 1e x p e r i m e n t 4 7 4 1 1e x p e r i m e n te n v i r o m e n t 4 7 4 1 2e x p e r i m e n t a lp r o g r a m 4 7 4 1 3t h ei m p l e m e n t a t i o no f c o n t r o ls t r a t e g y 4 9 4 2d a t aa n a l y s i s 51 4 2 1a n a l y s i so f t e r m i n a lc o o l i n gl o a d 。5 2 4 2 2a n a l y s i so fc o n t r o le f f e c t 5 5 4 2 3a n a l y s i so fe x p e r i m e n ts y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y ”5 8 4 3s u m m a r yo f d a t aa n a l y s i s 6 0 4 3 il i m i t a t i o n sa n di m p r o v e m e n t 6 0 4 3 2s u m m a r yo f t e r m i n a le n e r g ye f f i c i e n c ye v a l u a t i o ns y s t e m 6 1 c h a p t e r5s u m m a r y a n df o r e c a s t 6 3 5 1s u m m a r y 6 3 5 2f o r e c a s t 6 3 a p p e n d i x1 6 5 v 1 山东大学硕士学位论文 a p p e n d i x2 6 6 r e f e r e n c e s 6 7 a c k n o w l e d g m e n t 7 1 p a p e r sa n de n g i n e e r i n gp r o j e c t s 7 3 山东大学硕士学位论文 摘要 由于大型建筑的不断涌现和中央空调的普遍应用，建筑能耗在总能耗 中所占的比例越来越大，而中央空调能耗约占整个建筑物能耗的5 0 - 6 0 ，因此中央空调系统的节能控制在节能领域具有非常重要的地位。 在实际应用中，中央空调系统能耗主要由系统中各种机电设备产生的， 按照其作用范围可以分为两大部分，一是冷热源系统设备如制冷机、水泵 等产生的能耗；二是空调末端系统设备如送风机等产生的能耗。在中央空 调系统末端，传统观念上的节能控制主要是针对单个设备而言的，虽然其 节能效果比较明显，但是从整个系统角度看，并没有获得与单个设备相匹 配的节能效果。 本文以系统能效理论为依据，以提高中央空调末端系统能效为目标， 提出了中央空调末端系统能效评价体系。从理论上阐述该体系的评价方法、 节能思想；从实际应用上完成相关节能控制器的开发，并通过实验数据分 析表明该方法有助于提高中央空调末端的节能效果。 首先，建立了中央空调末端系统能效评价体系。本文在系统能效理论 的基础上，提出了中央空调末端系统能效的概念、应用价值以及简化算法， 并对影响中央空调末端系统能效的两个主要因素中央空调系统末端总 冷负荷和末端设备总能耗进行了详细分析。 其次，引入了一套中央空调末端节能控制系统，设计了其中的组合式 空调机组节能控制器。本文介绍了该控制系统的结构和功能特点，并详细 描述了组合式空调机组节能控制器的硬软件设计实现方法；在控制器设计 中，采用m i c r o c h i p 公司的p i c 2 4 系列单片机作为主控单元，以嵌入式实时 操作系统为开发平台，根据设计要求，将系统划分为独立的任务，通过对 各个任务的合理调度来实现不同的功能；在节能控制策略上，充分考虑系 统各设备之间的影响关系，追求中央空调末端系统能效的最大化。 再次，建立了一套小型半集中式中央空调末端系统实验装置，用以验 证中央空调末端能效评价体系，并检验所设计的组合式空调机组节能控制 器的性能指标。实验选用小型风冷型制冷机，末端设备由一套组合式空调 机组和四组风机盘管组成，实验系统的设计能效比r e e r s ，约为2 3 3 ，其中 山东大学硕士学位论文 末端系统的设计能效比r c o p e ，为9 3 2 。整套系统持续稳定运行约一个月， 并采集其相关能量数据、设备输出效果进行分析。 最终的实验结果表明，运行过程中，整个实验系统的能效比e e r 。，最低 保持在3 7 5 左右，而末端系统能效比c o p e ，最低则保持在1 2 左右，均在 设计能效比之上。由此看出，中央空调末端系统能效评价体系是合理的， 以此为指导思想对中央空调末端系统的节能控制，在相同冷负荷的情况下， 可以有效降低整个末端系统总能耗，使系统节能约2 5 。 关键字：中央空调；系统能效；组合式空调机组；嵌入式操作系统 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t hc o n t i n u o u se m e r g e n c eo fl a r g eb u i l d i n g sa n du n i v e r s a la p p l i c a t i o no f c e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n g ，t h ep r o p o r t i o no fb u i l d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o ni sm o r e a n dm o r el a r g e ，a m o n gw h i c h , c e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n a c c o u n t sf o ra b o u t5 0 6 0 t h e r e f o r e ，e n e r g y s a v i n gc o n t r o lo fc e n t r a l a i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e mh a sav e r yi m p o r t a n tp o s i t i o ni nt h ef i e l do fe n e r g y i np r a c t i c e ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fc e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e mi s m a i n l yg e n e r a t e db yav a r i e t yo fm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le q u i p m e n to ft h e s y s t e m ，w h i c hc a nb ed i v i d e di n t ot w op a r t sa c c o r d i n gt ot h e i rd i f f e r e n tr o l e s ， n a m e l y , h o ta n dc o l ds o u r c es y s t e me q u i p m e n ts u c ha sc h i l l e r s ，p u m p s ；a i r t e r m i n a ls y s t e me q u i p m e n ts u c ha sv a l v e ，b l o w e r i nt h et e r m i n a ls y s t e m ，t h e t r a d i t i o n a lc o n c e p to fe n e r g y - s a v i n gc o n t r o li sm a i n l yf o rt h es i n g l ed e v i c ea n d h a so b v i o u se n e r g y s a v i n ge f f e c t h o w e v e r ，f r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h ee n t i r e s y s t e m ，i t se n e r g y s a v i n ge f f e c ti su n s a t i s f i e d i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h et h e o r yo fs y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y , a i m e dt o i m p r o v ec e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y , an e wr a t i n g s y s t e ma b o u t c e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c yi s e s t a b l i s h e d w ee x p l a i ni t se v a l u a t i o nm e t h o d ，e n e r g y - s a v i n gi d e a sa n dd e s i g n r e l a t e de n e r g y - s a v i n gc o n t r o l l e r e x p e r i m e n t a ld a t as h o w st h a tt h em e t h o di s h e l p f u lt oi m p r o v ee n e r g y s a v i n ge f f e c to fa i r - c o n d i t i o n i n g t e r m i n a ls y s t e m f i r s t l y , c e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c yr a t i n g s y s t e mi sb u i l t b a s e do nt h et h e o r yo fe n e r g ye f f i c i e n c y , c e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n g t e r m i n a ls y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y sc o n c e p t ，v a l u ea n ds i m p l i f i e da l g o r i t h ma r e e x p o u n d e d a st w om a i nf a c t o r s ，t h et e r m i n a ls y s t e mo v e r a l lc o o l i n gl o a da n d e n e r g yc o n s u m p t i o na l ea l s oa n a l y z e di nd e t a i l s e c o n d l y , a ne n e r g y - s a v i n g c o n t r o l s y s t e mo fc e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n g t e r m i n a li si n t r o d u c e d ，a n da ne n e r g y s a v i n gc o n t r o l l e ro fc e n t r a l s t a t i o na h ui s d e s i g n e d i nt h ea r t i c l e ，t h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no f t h et e r m i n a le n e r g y - s a v i n g i i i 山东大学硕士学位论文 s y s t e ma l ei n t r o d u c e d ，a n dt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no fc e n t r a l s t a t i o n a h u e n e r g y - s a v i n gc o n t r o l l e ri s d e s c r i b e d i nt h ed e s i g n ，u s i n gm i c r o c h i p s p i c 2 4m c u s 嬲t h em a i nc o n t r o lu n i t ，t a k i n gt h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m 弱t h e p l a t f o r m ，t h es y s t e m i sd i v i d e di n t od i f f e r e n tt a s k s ，w h i c ha r e r e a s o n a b l y s c h e d u l e dt oa c h i e v ed i f f e r e n tf u n c t i o n s i nt h ec o n t r o ls t r a t e g y , t h er e l a t i o n s h i p a m o n gd i f f e r e n t d e v i c e si s f u l l yc o n s i d e r e dt o s e e kt h em a x i m i z ee n e r g y e f f i c i e n c yo ft h ec e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a ls y s t e m t h i r d l y , as m a l l - s c a l e s e m i - c e n t r a l i z e dc e n t r a l a i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a l s y s t e mi s b u i l tt o v e r i f yt h e e v a l u a t i o ns y s t e ma n dt e s tt h ec o n t r o l l e r s p e r f o r m a n c e as m a l la i r - c o o l e dc h i l l e r , as e to fa h ua n df o u rs e t so f c o o l i n g - c o i la r ec o n t a i n e di n t h e e x p e r i m e n t a ls y s t e m t h er a t e de n e r g y e f f i c i e n c yo ft h ee x p e r i m e n t a ls y s t e m ，r e e r 耐i s2 3 3 ，a n di nt h et e r m i n a l s y s t e m ，r c o p e li s9 3 2 al a r g en u m b e ro f r e l a t e dd a t aa n de q u i p m e n tr u n n i n g s t a t ea r ec o l l e c t e da f t e ram o n t ho fs t a b l eo p e r a t i o n f i n a l l y , t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ，d u r i n go p e r a t i o nt h em i n i m u m v a l u eo ft h es y s t e m se e r s fi sm a i n t a i n e da b o u t3 7 5 ，a n di nt h et e r m i n a ls y s t e m ， c o p ai sm a i n t a i n e da b o u t1 2 t h e r e f o r , t h ec e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gt e r m i n a l s y s t e me n e r g ye f f i c i e n c yr a t i n gs y s t e mi sr e a s o n a b l e w i t ht h er a t i n gs y s t e m 硒 t h e g u i d i n gi d e o l o g y , t h ee n e r g y - s a v i n g e f f e c to fc e n t r a l a i r - c o n d i t i o n i n g t e r m i n a ls y s t e mi si m p r o v e do b v i o u s l ya n de n e r g y - s a v i n gi sa b o u t2 5 k e y w o r d s ：c e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n g ；s y s t e me n e r g ye f f i c i e n c y sc e n t r a l - s t a t i o n a h u ：i u ? o s i v 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 随着世界经济的飞速发展，能源危机日益突出。能源已经成为制约我 国国民经济健康持续发展的重要因素。目前，我国的大中型建筑特别是公 共建筑的能耗很高，在国民经济总能耗中占的比重也越来越大，建筑物能 耗约占能源总消耗量的3 0 。过多的建筑能耗不仅对国家的经济安全造成了 威胁，也造成了使用成本的增加，因此建筑节能具有巨大的社会效益和经 济效益。 建筑能耗一般指建筑使用过程中的能耗，主要包括建筑采暖、空调、 热水供应、炊事、照明、家用电器和电梯等方面。建筑节能主要体现在两 个方面，一是建筑结构和建筑材料的节能，二是建筑物中的机电设备使用 过程中的节能。建筑材料和建筑结构的节能在建筑物建成后，节能程度就 确定了，继续改善的余地很小。建筑节能主要是依靠机电设备在运行过程 中的节能i l j 。 建筑中的机电设备种类和数量很多，让机电设备能够节能的关键在于 设备的高效率运行，怎样在负荷变化范围内提高设备的运行效率，是建筑 节能的关键。中央空调系统是建筑中的主要机电设备，也是能耗大户。许 多城市的空调负荷占到电网尖峰负荷的3 0 - - , 4 0 ，有些城市甚至占到5 0 以上【2 1 。中央空调节能，正在成为政府、消费者和业界广泛关注的焦点。 中央空调系统无论是其冷热源部分，还是末端能量输出部分，多是按 照最大负荷量来设计选型的，但实际上，空调负荷是随气候条件、环境温 度、人员流动情况、用电设备使用情况等而变化的。一年之中，中央空调 系统只有很少的时间工作在最大负荷之下。有关的统计资料表明，建筑物 中央空调的年运行负荷率较低，一般在设计负荷5 0 以下的运行时间就占 了7 0 以上【3 1 。由此可见，建筑物中中央空调系统的节能大有潜力而且意义 重大。 除了提高人们的节能意识、选择高效的设备外，中央空调的节能主要 是通过对现有设备的节能控制，采用更为有效的控制策略，根据实际负荷 山东大学硕士学位论文 需求控制空调设备的运行状态，从而达到节能控制的根本要求。因此对中 央空调系统进行节能研究十分重要，不仅有助于提高空调系统的控制效果， 而且对缓解能源危机、实现节能减排也将起到非常积极的作用。 1 2 研究现状、发展动态 1 2 1 空调自动控制发展概况 中央空调系统一般由以下三部分组成：冷热源系统、冷媒输送系统、 空气分布系统。对于一个典型的中央空调系统，这三部分相互作用与传递， 如流水作业般实现室内外物质与能量的交换。因此对中央空调的自动控制， 主要由如下三部分组成：冷热源系统的群控、水系统控制( 含v w v ，即变 水量系统控制) 、风系统控制( 含v a v ，即变风量系统控制) 。 中央空调控制系统的主要特点有【4 】： 多干扰性。室内环境受着太阳辐射、室外空气传热、室内散热以及 室内人员的散热、散湿的影响，因而空调系统具有多干扰性。 对象的可变性。一般的空调系统都有夏季和冬季两种工况，两种工 况下对象的要求和工作原理都不尽相同。使得空调系统的控制往往 显得复杂，但也同时由于这个原因，空调系统的控制具有多样性。 控制对象的多样性。由于室内环境本身受诸多因素的影响，同时由 于建筑形式和使用状况的不同，被控的环境各不相同。 被控变量的相关性。空调系统的控制变量，如温度、湿度等因素都 是相互关联，互相影响的。 传统的空调系统是基于定流量运行和传输能量的原理、基于传统的工 程设计方法进行冷热负荷计算和设备选型的。但是由于建筑物内负荷受环 境、季节等影响动态变化，所以传统的中央空调系统普遍存在相当量的无 效能耗。随着自动控制技术、信息技术、变频控制和计算机技术的发展与 成熟，对中央空调系统各环节进行智能化控制从而达到节能的目的成为可 能。空调自控的主要任务是对以空调房间为主要调节对象的空调系统的温 度、湿度及其他有关参数进行自动检测、自动调节及有关信号的报警、连 锁保护控制，以保证空调系统始终在最佳工况点运行，满足工艺条件所要 求的环境条件【5 j 。 2 山东大学硕士学位论文 现代的自动控制技术使中央空调控制由最初的手动调节发展到单环节 的自动调节，再到各环节的联合自动控制。随着控制理论的发展，中央空调 系统的控制算法也有了很大的改进。自上世纪6 0 年代起，空调自动控制的发 展由最初的双位o n o f f 控制，逐步发展为以p i d 算法为核心的直接数字式控 制( d i g i t a ld i r e c tc o n t r o l ，d d c ) 和基于传统控制算法的自适应控制。由于暖 通空调系统是典型的多变量、大滞后、分布参数及变量关联耦合的非线性时 变过程，很难建立其精确数学模型，因此，经典控制和现代控制方法在应用 中常存在控制效果不理想，系统能耗较大的问题【6 】。 针对中央空调系统的三大部分，可以将冷热源的群控及水系统的控制归 为中央空调机房系统的控制，将风系统的控制归为中央空调系统末端设备的 控制。在暖通空调工程和设备中，对这两大部分的控制目前以p i d 算法为核 心的d d c 控制系统最为普遍。这种控制方法在外扰、工况较稳定的情况下， 可以得到较好的控制效果，但p i d 控制需要精确的数学模型，对于快时变、 变参数系统的控制效果并不理想。随着控制理论越来越复杂，各种理论的交 叉与综合又有不同的控制效果，是现在控制理论研究的热点。 1 2 2 中央空调末端控制研究现状 中央空调末端系统主要功能是将冷热源产生的能量输送到空调使用区 域以满足人们的舒适要求。通常由空气处理设备、送( 回) 风系统、末端装 置以及送风口和自动控制仪表等组成。系统末端装置根据空调区负荷的变 化采用p i d 控制、自适应控制等方式，控制系统的风机、水阀等设备对空 调使用区域的温、湿度等舒适参数进行调节，并实现节能控制。根据空气 处理设备的设置情况不同可以分为以下几类【7 j ： ( 1 ) 、集中式系统。该系统的所有空气处理设备和送、回风机等都集中 设置在空调机房内，空气经处理后由送、回风管道送入空调房间。根据送 风量是否可以变化，集中式系统又可以分为定风量式和变风量式，目前用 于大型公共建筑中中央空调末端控制多采用后者。 ( 2 ) 、半集中式系统。该系统是指送入空调房间内的新空气由空调机房 集中处理，空调房间内的空气由分散在空调房间内的装置进行处理。风机 盘管加独立新风系统是典型的半集中式系统，对于空调调节的房间较多且 3 山东大学硕士学位论文 要求各房间要求单独调节的建筑物多采用该系统，如宾馆、医院等。 ( 3 ) 、集中冷却的分散型系统。将独立的水冷空调机分散布置到各房间， 各台空调机的冷凝器由中央冷却塔集中冷却，冷却水泵循环冷却水。 ( 4 ) 、全分散式系统。该系统又称为局部机组系统，它没有集中的空调 机房，只是在需要安装空调的房间内设置独立式的房间空调器。适用于空 调面积较小的房间，或建筑物中仅个别房间需要安装空调的情况。 近年来在我国的大型公共建筑工程当中，中央空调系统在末端控制中 主要采用的是上述方式中的半集中式系统。对送入某一空调使用区域中的 新风，以及该区域中各房间的回风进行集中处理，二者按一定比例混合后 经加湿、过滤等措施统一送回到各房间末端。在结构上，区别于独立的新 风系统，采用的是组合式空调机组与风机盘管系统相结合的方法。前者多 分布于建筑物各楼层的空气处理机房中，也可将其称为空气处理单元 ( a h u ) ，主要负责集中调节送入该楼层内各房间的新、回风混合比和送风 量以满足房间内对空气温度和质量的要求；后者则置于室内，其盘管中根 据季节不同流动冷水或热水，风机带动室内的空气流通直接调节室内的温 度和湿度。 作为调节中央空调输出的重要手段，半集中式系统具有以下特点 g l ： 能够实现局部区域( 房间) 的灵活控制，可根据负荷的变化或者个人 的舒适要求自动调节自己的工作环境；不再需要加热方式或者双风 管方式就能适应多种室内舒适要求或工艺设计要求，完全消除再加 热方式或双风管方式的冷热混合损失； 室内无过热过冷现象，由此可减少空调负荷1 5 , - - 3 0 ； 部分负荷运转时可大量减少送风动力，根据理论模拟计算，全年平 均空调负荷率为6 0 时，系统可节约风机动力约7 8 ； 设备容量减小，运行能耗节省。在设计工况下，系统的总送风量及 冷( 热) 量相对较少，使空调机组减小，冷水机组和锅炉安装容量减 小。 由于半集中式空调末端系统多采用变风量控制方式，所以稳定性和节 能问题是系统所面临的主要研究方向。现在，这种变风量空调系统在中央 4 山东大学硕士学位论文 空调末端系统中逐渐占据了主导地位，目前已成为建筑中最常用且最节能 的空调系统。其研究热点也由稳定性和节能性转变为对控制质量的研究川。 1 3 研究内容与意义 如何在空调系统末端既满足人们对舒适度的要求，又最大限度的实现 节能呢? 就上述半集中式的中央空调末端控制系统而言，其节能优化控制 主要是针对组合式空调机组和风机盘管系统中的各机电设备，采取相应的 控制策略，使之能及时、准确的对能量使用区域的负荷变化做出反应，并 高效运行。 在整个末端系统中，组合式空调机组担任着重要角色，其对新、回风 的比例、送风量、湿度等的调节直接影响到室内的空气质量。本文以系统 能效理论为依据，以p i c 2 4 系列单片机为开发平台，设计了基于嵌入式操 作系统的组合式空调机组节能控制器。通过实时检测新、回风温湿度等参 数，结合同一区域中各风机盘管的输出情况，对房间末端总负荷量进行简 化计算，进而对系统中各输出设备进行相应的启停、变频控制，实现房间 末端能量利用的最大化，即系统能效的最大化。为更直观的观察最终的控 制效果，本文进行了相关的模拟实验，对系统中各参数变化以及各设备输 出效果进行了分析。 本文各章节的主要研