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地下建筑风冷热泵空调系统的仿真与优化研究

朱培根  
【摘要】:本文在分析地下建筑风冷热泵空调系统(UBHPAC)的开发与利用的基础上,提出了UBHPAC系统的仿真与优化研究,并实现了各子系统和总系统的仿真与优化。这样既保证UBHPAC系统的稳定可靠工作,又使能源规模尽可能地缩小,同时为UBHPAC工程设计和预测提供依据。主要的研究工作和结论如下: 首次将风冷热泵、地下建筑物与环境所组成的风冷热泵空调系统作为一个整体,建立相应的数学模型,模拟不同工况下的运行规律,实现UBHPAC系统的仿真,找出UBHPAC系统节能、优化的部位和相应的技术措施。 在UBHPAC系统围护结构传热的动态模拟中,利用边界元和动态规划法相结合的办法,研究地下建筑室内热、湿环境中经常遇到的有等式约束或不等式约束、线性目标函数或非线性目标函数的瞬态偏微分系统。根据地下建筑环境中常遇到的热、湿扩散现象,对边界元和动态规划法进行了发展和系统化,编制了多维不稳态热扩散系统的程序,实现对UBHPAC系统工程中各子系统的控制。本文还运用边界元法和线上求解法对UBHPAC系统围护结构传热进行动态模拟。 建立了UBHPAC系统动态模拟用的室外气象参数模型。鉴于传统的“标准年法”和“随机模拟法”各自的优点及不足,考虑到UBHPAC系统动态模拟的速度和可靠性,建立了适合UBHPAC系统用的季节性随机气象模型,并对季节性随机气象模型进行概率统计的实测验证。 建立了地下建筑风冷热泵空调机组的仿真模型,并对制冷压缩机、换热器(风冷冷凝器和蒸发器)、节流元件等主要设备和辅助设备分别仿真和实测验证。建立了地下建筑常用设备如风冷热泵空调机组、调温除湿机、冷冻除湿机和冷风机等运行特性的计算机仿真模拟。 提出了UBHPAC系统能耗及节能分析方法。通过系统能耗模拟,不仅能合理确定UBHPAC系统的装机容量,而且能对不同处理方式的系统能耗进行预测,对各种处理方式的节能效果进行定量分析,从而选择节能优化方案。通过系统能耗模拟,能对UBHPAC系统耗能的数量以及影响因素的作用做出定量的分析。


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