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[導讀]1、前言:  變風量(Variable Air Volume, 簡稱VAV)空調(diào)系統(tǒng)是通過變風量箱去調(diào)節(jié)送入房間的風量和新回風混合比,并相應調(diào)節(jié)空調(diào)機組的風量或新回風混合比來控制某一空調(diào)區(qū)域溫度的一種空調(diào)系統(tǒng)。變風量空調(diào)系統(tǒng)可

1、前言:

  變風量(Variable Air Volume, 簡稱VAV)空調(diào)系統(tǒng)是通過變風量箱去調(diào)節(jié)送入房間的風量和新回風混合比,并相應調(diào)節(jié)空調(diào)機組的風量或新回風混合比來控制某一空調(diào)區(qū)域溫度的一種空調(diào)系統(tǒng)。變風量空調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)空調(diào)載荷的變化及室內(nèi)要求參數(shù)的改變,自動調(diào)節(jié)空調(diào)送風量(達到最小送風量時調(diào)節(jié)送風溫度),以滿足室內(nèi)人員的舒適要求或者其它的工藝要求。同時根據(jù)實際送風量自動調(diào)節(jié)送風機的轉(zhuǎn)速,最大限度的減少風機動力、節(jié)約能量。與定風量空調(diào)系統(tǒng)相比,變風量空調(diào)系統(tǒng)具有節(jié)能性、舒適性、環(huán)保性、靈活性等優(yōu)點。

2、硬件電路設計

  2.1、風閥與水閥執(zhí)行電路的設計

  本控制器將溫度、濕度、CO2傳感器檢測到的模擬信號經(jīng)放大器、A/D轉(zhuǎn)換送入單片機,與設定值進行比較,由單片機發(fā)出控制信號給D/A轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過放大驅(qū)動后控制空調(diào)的送風閥門和水閥如圖1。

圖1 風閥與水閥執(zhí)行電路

  2.2、溫度、CO2濃度信號檢測電路:

  溫度傳感器選用DALLAS公司的DS18B20數(shù)字溫度傳感器,DS18B20是單總線數(shù)字溫度傳感器,可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理,在一條總線上可掛接多個DS18B20芯片,是只有一個總線命令者和一個或多個從者組成的計算機應用系統(tǒng)。 DS18B20性能特點:采用單總線專用技術。既可通過串行口線,也可通過其它I/O口線與微機接口,無須經(jīng)過其它變換電路,直接輸出被測溫度數(shù)字量(9-12位二進制數(shù),含1位符號位,可由編程決定具體位數(shù));測溫范圍為-55℃~+125℃,測量分辨率為0.5℃,最高可達0.0625℃,內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM;適配各種單片機或系統(tǒng)機。 用戶可分別設定溫度的上、下限;供電方式有兩種:①外加電源電壓為3.0~5.5V ②寄生電源。

  本系統(tǒng)采用紅外式的CO2濃度傳感器。這種傳感器具有對CO2高敏感性,結(jié)構緊湊,對濕度低依賴性,測量范圍為0~2000ppm,輸出0~4vDC,供給電壓5vDC。多應用于屋內(nèi)、公共場所空氣質(zhì)量檢測控制如圖2。

圖2 溫度、二氧化碳濃度檢測電路

3、仿真與實驗

  3.1系統(tǒng)模型建立

上述被控對象的模型包括空調(diào)房間模型方程、冷凍水管路模型方程和送風系統(tǒng)模型方程,模型中各參數(shù)的意義如下: hW—液態(tài)水焓值,T0—室外溫度,hfg—水蒸氣焓值,T2—送風溫度,Vhe—熱交換器容積,T3—室內(nèi)溫度,V3—房間體積,f—送風風速,W0—室外空氣含濕量,gpm—冷凍水流量,W2—送風空氣含濕量,M0—房間濕負荷,W3—室內(nèi)空氣含濕量,Q0—房間顯熱負荷,Cp—空氣比熱,ρ—空氣密度。

  3.2、系統(tǒng)在Matlab環(huán)境下進行控制系統(tǒng)仿真

  為了便于在Matlab/Simulink環(huán)境下進行預測控制效果仿真研究,網(wǎng)絡模型須采用能夠被Simulink調(diào)用的語言編寫。有兩個途徑可以實現(xiàn):一種是利用Matlab提供的S功能,編寫S程序供Simulink仿真程序調(diào)用。另一種方法是直接用Simulink模塊搭建網(wǎng)絡模型。為了便于在仿真過程中實時調(diào)整和修改,本文采用Simulink模塊構造可視化的神經(jīng)網(wǎng)絡模型,圖3為加空調(diào)房間溫度Simulink神經(jīng)模型。模型中模塊u,y為系統(tǒng)輸入,經(jīng)延遲變換輸入為;模塊yhat為模型系統(tǒng)輸出,即空調(diào)房間的溫度。

圖3空調(diào)房間溫度Simulink神經(jīng)模型

  對于該區(qū)域房間從旱晨8時到傍晚20時對HVAC系統(tǒng)進行控制,在此過程中假設負荷隨外在環(huán)境不斷變化,仿真結(jié)果如圖4所示,圖中橫坐標軸為時間,縱坐標軸取室內(nèi)空氣溫度(℃)和室內(nèi)空氣相對濕度(%)。

圖4室內(nèi)溫度、濕度控制仿真結(jié)果

  由圖4可知,房間的溫度在人們?nèi)粘5墓ぷ鲿r段內(nèi)基本維持在24℃一27℃之間,相對濕度也保持在45%一60%之間,可以做到隨外部環(huán)境參數(shù)的變化實時調(diào)整,既滿足了舒適性的要求,又滿足了節(jié)省能耗的目的。能夠克服干擾和不確定性的影響,具有較好的魯棒性。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術,建立的表征人體熱舒適感的PMV指標的預測模型具有很高的準確度,可以對PMV指標進行實時預測,在此基礎上可以進一步實現(xiàn)基于PMV指標的空調(diào)系統(tǒng)實時控制,從而創(chuàng)造更加舒適健康的室內(nèi)環(huán)境。

4、結(jié)束語

  變風量空調(diào)系統(tǒng)的控制方法很多,各種新風量的確定和控制方法都有自身的優(yōu)缺點,變風量空調(diào)系統(tǒng)也是一種先進的空調(diào)方式,在變風量空調(diào)系統(tǒng)中新風量是一個很重要的技術參數(shù),它對系統(tǒng)的節(jié)能效果如何以及室內(nèi)空氣質(zhì)量好壞都有非常大的影響。本系統(tǒng)充分考慮到室內(nèi)空氣質(zhì)量和節(jié)能問題,與傳統(tǒng)的固定新風量的控制方法比較,在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)不變的前提下,這種控制方法有潛在的節(jié)能效果。

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