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智能楼宇BAS中空调控制系统的设计与实现

王泽毅  
【摘要】:随着人们对工作生活环境要求的提高,高大空间建筑成为人们工作生活中必不可少的场所,中央空调系统起着调节室温、换气等重要作用。但由于高大空间建筑内部空间大,导致室内热分层现象普遍,空气组织的不稳定会降低室内的舒适度。同时,传统的控制算法逐渐不能适应更加复杂、且对人性化和智能化要求越来越高的空调控制系统。因此,合理的中央空调设计方案,能最大限度的提高室内舒适度和降低能耗。为此,本文基于模拟仿真的方法对高大空间建筑中央空调系统进行了深入研究,主要研究内容如下:首先,对室内气流的湍流流动理论做了详解,介绍了湍流流动的三大基本物理方程,同时分析研究了湍流的k-两方程模型,为高大空间气流组织仿真与研究提供了理论基础。其次,针对高大空间建筑室内气流组织分布不均、规律难以预测等特点,本文利用Sketchup和PHOENICS软件对高大空间建筑进行了CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟仿真,分别得到了顶部送风、地面送风方式的空调气流组织分布规律。进而从温度场、速度场两方面分析研究了这两种送风方式的气流组织特点,以此为基础设计了中央空调的送风方式,并对末端出风口和传感器的布置进行了优化。然后,根据被控对象非线性、干扰性强等特点提出了模糊PID控制算法,并设计了模糊PID控制器,建立了中央空调温度控制系统的数学模型,在MATLAB软件中实现了仿真,比较了PID算法和模糊PID算法的控制效果。最后,针对高大空间建筑设计了一套楼宇自动化系统(Building Automation System,简称BAS),利用罗克韦尔ControlLogix系列PLC作为BAS的控制器,完成了模糊PID控制算法在重庆轨道环线一期控制中心中央空调控制系统中的实现,并利用PCS-9000综合监控软件对中央空调各个设备进行监控。同时通过检测夏季工况室内实际温度变化规律,证明模糊PID控制在温度调节速度上比PID控制提高了约40%,同时温度的波动更小,证明了基于模糊PID算法的中央空调控制系统的优势。


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