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1、第20卷第2期大连水产学院学 Vol . 20 No. 2 2 0 0 5年6月JOURNAL OF DAL I AN FISHER IES UN I VERSITYJun. 2 0 0 5 文章编 : 1000 – 9957(2005) 02 – 0128 – 04 基于Matlab/Si muli nk环境下空调房间 仿真模型的建立 王 翠 华 1 , 戴 玉 龙 1 , 蔡 培 力 2 (1. 沈阳化工学院 机械工程学院,辽宁 沈阳110142; 2.鞍山科技大学 材料科学与工程学院,辽宁 鞍山114002) 摘要:分析了采用变风量空调系统空调房间的特性,推导出变风量送风方式下空调房间的。

2、数学模型, 利用Matlab软件中的Simulink工具箱建立了空调房间的仿真模型。并通过算例对所建模型进行仿真分 析,结果证明,该模型能够充分反映实际变风量空调房间的特性。 关键词: Simulink;空调房间;仿真模型 中图分类 :TU83 文献标识码: A 变风量(variable air volume, VAV)空调系统相对于其它空调系统具有很多优点,由于建筑物和 集中变风量空调送风系统的复杂性和多样性,在对变风量空调设计时,确定一种合理、有效、精确的 控制方法并不容易,这使变风量空调系统的普及受到了限制,因此,对VAV空调房间建立精确的数 学模型和仿真模型具有非常重要的意义。目前,许。

4、外环境温度;Th 回风温度; Gh 回风风量。 图1 空调房间示意图 Fig11 Sketch diagram of an a ir – condition i ng room 真模型,为设计更好的VAV空调系统控制方案奠定了基础。 1 空调房间数学模型的建立 111 VAV空调房间数学模型的推导过程 空调房间的示意图见图1。空调房间内的各项参数受室外温 度、太阳辐射、室内设备、照明、人员的散热量以及开关门次数等 因素的影响。整个房间是一个复杂的热力系统,想用精确的数学模 型来描述并得出准确的系统参数几乎不可能,因此,在建立数学模 型前先作如下少量简化: 1) 把整个房间看成一个单容对象,忽略。

6、s reserved. 其中:m为室内空气质量(kg) ;c为空气的比热容 kJ / (kg ) ; Tn为室内温度( ) , dTn dt为 Tn对时间t的导数(/s) ;Ts为送风温度( ) ; Tn为相邻房间内的温度;T0为室外环境温度 ( ) ; Gs为送风量 (m 3 /s) ; s为送风气体的密度 ( kg/m 3 ) ; cs为送风气体的比热容 kJ / ( kg ) ; R1、R2、R3、R4分别为外墙、窗户、屋顶和内墙的传热热阻(/kW ) ; ( T 0-Tn) /R1、 (T 0-Tn) /R2、 (T 0-Tn) /R3、 (T n-Tn) /R4分别为室外空气通过外墙。

7、、窗户、屋顶及相邻房间传 入室内的热量(kW) ;qn为室内照明、设备和人员的散热量(kW)。 利用自动控制原理中非线性方程线性化方法的增量方程法,可在额定工作点建立其增量方程为 t1 dTn dt +Tn= K1Gs+ K2qf,(2) 其中:t1为VAV空调房间的时间常数 ( s) ; K1为VAV房间调节系统的放大系数/ (m 3 s – 1 ) ; K2为VAV房间扰动系统的放大系数(/kW ) ;qf为室内外干扰量的变化换算成室内热量的变化 (kW)。 t1= m c scsGs0 + 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 + 1 R4 = K2m c, K1= scs (T s -。

8、 Tn0) scsGs0 + 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 + 1 R4 = K2scs (T s- Tn0 ) , K2= 1 scsGs0 + 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 + 1 R4 , qf=qn+ T0 R1 + T0 R2 + T0 R3 + Tn R4 。 将式(2)进行拉普拉斯变换得: t1STn(S) +Tn(S)= K1Gs(S) + K2qf(S)。(3) 由于送风量以及外界环境、室内散热量对室温的影响均有纯滞后过程,因此,考虑纯滞后时间 ,可得送风量与室温变化之间的传递函数为 Tn(S) Gs(S) = K1e -S t1S +1 ,(4) 同样,干扰。

9、因素与室温变化之间的传递函数为 Tn(S) qf(S) = K2e -S t1S +1 。(5) 112 空调房间特性参数的确定 当以定风量方式送风时,送风温度是变化的,而送风量则是恒定的,其空调房间的微分方程为 t1 dTn dt + Tn= K1Ts+ K2qf,(6) 其中:定风量方式下的特性参数t1 、K2分别与t1、K2的意义、单位相同;qf为室内外的干扰量 (kW) ;K1为定风量房间调节系统的放大系数。 t1= m c scsGS + 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 + 1 R4 = K2m c, K1= scsGs scsGs + 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 +。

10、 1 R4 = K2 scsGs, K2= 1 scsGs + 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 + 1 R4 , qf= qn+ 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 T0+ Tn R4 。 考虑纯滞后时间 1 ( s) , 可得送风温度与室温之间的传递函数为 Tn(S) Ts(S) = K1e -1S t1S +1 ,(7) 同样,干扰因素与室温之间的传递函数为 Tn(S) qf(S) = K2e -1S t1S +1 。(8) 921第2期 王翠华,等:基于Matlab/Simulink环境下空调房间仿真模型的建立 1994-2008 China Academic Journal E。

11、lectronic Publishing House. All rights reserved. 变风量送风方式下,稳定状态时各参数是按设计风量来计算的,因此,定风量方式下的某些参数 应该等于变风量送风方式下的,比较以上各式可知: t1= t1, =1, K1= Ts0- Tn0 Gs0 K1, K2= K2= 1 scsGs0 K1 。(9) 由上述两种送风方式 下特性参数的关系可知, 要求出变风量送风方式下 的特性参数,只需求出定 风量方式下的特性参数即 可,定风量送风方式下空 调房间的特性参数估算公 式见表1。 表1 空调房间特性参数的估算公式 5 Tab11 The esti mati。

12、on formular of a ir – condition ing room scharacteristic parameters 送风方式 传递滞后1/min 时间常数t1/min放大系数K1 面送风和 散流器送风 9 N 90 N 1 1 + 52 N 1 a + 1 b + 1 h 孔板送风 18 N 180 N 1 1 + 52 Nh 1 + 35 N 1 a + 1 b + 1 h 注:a、b、h、N分别为空调房间的长、宽、高和换气次数。 113 在Matlab/Si muli nk环境下建立空调房间的仿真模型 Simulink工具箱是基于Matlab平台下实现对动态系统进行建模。

14、mm;屋顶由上向下的构造层为砾砂外表层厚5 mm,卷材防水层、水泥砂浆找平 层、保温层厚25 mm,隔气层、水泥砂浆找平层、钢筋混凝土屋顶厚35 mm,内粉刷;窗户采用双层 玻璃,钢质框架。 3) 舒适性空调室内的设计参数 夏季室内温度 (26 1) ,相对湿度40%65%。根据夏季舒 适性空调室内参数的设计标准,确定房间的设定温度为T设=26,相对湿度 =55% ,经查焓 湿图,可得房间的露点温度为Tl=1613。为防止送风温度在设定送风温度上下稍微波动而引起送风 管结露,将送风温度设定得比露点温度稍高一些,取送风温度Ts=18。 212 仿真模型中各参数的确定 经过计算以及查阅相关文献 6。

15、 ,确定空调房间送风参数为温度Ts= 18,密度 s= 11218 kg/m 3 ,比热容cs=11004 kJ / (kg ) ; 室内空气参数为设定温度Tn= 26,空气密度 = 11174 kg/m 3 ,比热容c=11005 kJ / (kg ) , 质量m=42215 kg,热容量m c=42416 kJ /;空调房间围护 031大连水产学院学 第20卷 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 结构的参数见表2。本研究中采用散流器 送风,换气次数N取9 7 。

16、,由定风量送风 方式下空调房间的特性参数估算公式 (表 1) 可求出 1=60 s, t1=600 s,K1 = 0128,故 = 60 s,t1= 600 s,K1= – 2148/ (m 3 s – 1 ) , K2=01253/kW。 213 仿真结果及分析 表2 空调房间围护结构的参数 Tab12 The parameters of the a ir – condition ing room s building enclosure 结构 名称 厚度 /m 传热面积 A/m2 传热系数 / (Wm – 2- 1) 传热热阻的倒数 1 R / (kW- 1) 外墙014511711160130 窗户012093130。

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