变风量空调iBES监控系统标准化设计及热力稳定性研究

摘要

随着社会的发展，人们对能源的需求量越来越大，而地球有限的常规能源储量使得人们面临日趋严峻的能源危机。建筑能耗占全球终端能耗总量的比例已达35%，是最大的终端用能部门。为营造令人满意的热舒适性和室内空气品质，供热、通风及空调系统的运行能耗占了建筑能耗的40%以上。因此，减少供热、通风及空调系统的运行能耗是建筑节能的重点。而对于供热、通风及空调系统，节能优化控制是提高系统能效，保证室内舒适环境的重要手段。 变风量空调系统因具有明显的节能优势，成为大家共同关心的研究热点。但目前变风量空调自动控制系统的研究都偏向理论，实际应用中技术相对不成熟，系统设计工作没有统一的规划，因此变风量空调自动控制系统要在国内的到普及还需要大力度、有统一、有规范及标准化的深入研究工作。 本文以变风量空调系统为研究对象，以保证良好的室内热湿环境、标准化变风量空调自动控制系统设计和降低空调系统能耗为目标，开展了以下研究工作。 首先，基于建筑能源系统物联网（Internetof Building Energy System，iBES）技术的监测控制系统架构体系，对变风量空调自动控制系统的控制点位、控制原理、I/O模块通道配置、控制器选择及接线、控制程序功能块等进行标准化设计。 其次，基于提出的标准化设计思想建立变风量空调系统集成控制试验台，完成控制系统的PID控制参数的调试工作，利用变风量空调系统集成控制试验台对室内温度控制回路的热力稳定性进行试验分析，得到合适的变风量末端控制周期、室温设定值鲁棒区、变静压控制周期设置，使室内温度控制满足人体热舒适性要求，同时提高系统的鲁棒性、减少空调系统能耗。 最后，以大连市某办公楼为实际应用项目，将变风量空调自动控制系统的标准化设计及热力稳定性提升方法进行实际应用。实践表明，标准化设计大量节省了空调自控系统设计时间，提高了工作效率。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.1.1 变风量空调系统节能运行的意义

1.1.2 本文的研究意义

1.2 变风量空调系统控制技术研究进展

1.3 变风量空调系统室内温度控制方法研究进展

1.3.1 变风量空调系统室内温度控制方法研究进展

1.3.2 变风量空调系统热力稳定性研究进展

1.3.3 变风量空调系统控制周期研究进展

1.4 研究内容与思路

2 变风量空调控制系统标准化设计

2.1 变风量空调监测控制系统架构设计

2.1.1 基于iBES的变风量空调监控系统网络架构

2.1.2 基于iBES的变风量空调监控系统组成

2.2 控制点位标准化

2.2.1 变风量空调监测控制系统控制回路

2.2.2 变风量空调监测控制系统I/O点位

2.2.3 变风量空调系统控制原理

2.3 I/O模块通道配置及接线图

2.3.1 硬件介绍

2.3.2 I/O模块通道配置

2.3.3 接线图

2.4 软件功能结构设计

2.5 本章小结

3 基于iBES标准化设计的变风量空调系统集成控制试验台建设

3.1 变风量空调系统集成控制试验台概况

3.1.1 建筑概况

3.1.2 空调系统概况

3.1.3 监测控制系统概况

3.2 变风量空调系统试验控制及调试方法

3.2.1 PID控制及参数调试方法

3.2.2 绝对偏差平均值

3.3 变风量空调系统集中控制试验台系统调试

3.3.1 系统新风量控制

3.3.2 送风温度控制

3.3.3 送风量控制

3.3.4 室内温度控制

3.4 本章小结

4 变风量空调系统热力稳定性试验研究

4.1 室内温度模型和热力稳定性评价指标

4.1.1 室内温度模型

4.1.2 热力稳定性评价指标

4.2 变风量末端控制周期的优化试验研究

4.2.1 试验设计

4.2.2 对比试验工况均衡性分析

4.2.3 试验结果分析

4.3 室温控制鲁棒区对热力稳定性影响的试验研究

4.3.1 试验设计

4.3.2 对比试验工况均衡性分析

4.3.3 试验结果分析

4.4 基于热力稳定性评价的变静压整定周期优化试验研究

4.4.1 试验设计

4.4.2 对比试验工况均衡性分析

4.4.3 试验结果分析

4.5 本章小结

5 基于iBES标准化设计的变风量空调系统工程应用

5.1 项目简介

5.2 空调系统运行现状

5.3 方案设计

5.3.1 整体改造方案

5.3.2 变风量空调控制系统设计

5.4 施工安装及调试

5.5 参数优化方法

5.6 本章小结

结 论

参考文献

致 谢

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