变流量空调水系统热力稳定性动态分析

时间：2024-09-03

霍莹张佳旭

【摘要】本文笔者先对热力稳定性的定义进行了详细的介绍，进而进行了仿真模型的实验，以便对变流量空调水系统热力稳定性动态进行更为详细、直观的分析，使分析结果更具有说服力。

【关键词】变流量;空调水系统;热力稳定性;动态分析

1.热力稳定性的定义

经过多年的研究证明，方程（1）为空调水系统的管网结构方程式：

AG=0

ATP=I·S·G·|G|+△Z-△H （1）

在方程式（1）中，管网基本的关联矩阵用A来表示，可以定义为以下三种情况：

aij=1，该试主要表示i节点的流体能够直接流入j支路;

aij=-1，该试主要表示j支路的流体能够流入i节点;

aij=1，该试主要表示i节点和j支路这两者之间是没有连接的。

通过上述对热力稳定性定义的描述得知：管网的组成主要包括两个方面：一是有n+1个节点，二是有x个支路，因此，是由这两者共同组成的，那么那么x·n的矩阵就用A来表示;而支路上流量的x阶列向量就用G来表示，即G（G1，G2，G3，…，Gx-1，Gx）T;那么n个节点的压力的n阶列向量就用P来表示，即P（P1，P2，P3，…，Pn-1，Pn）T;而x阶的单位阵就用I来表示;支路上阻力的系数x阶列向量就用S来表示，即S（S1，S2，S3，…，Sx-1，Sx）T;积就用·来表示，在支路方向上水头在升高x阶列向量就用△Z来表示，即△Z（△Z1，△Z2，△Z3，…，△Zx-1，△Zx）T;而含泵支路方向上的泵的扬程x阶列向量就用△H来表示，即△H（△H1，△H2，△H3，…，△Hx-1，△Hx）T。

由此可以得知，水网上的x个支路中需要进行相应考察的k个支路，就用矩阵U来表示k×x，即：来表示。

在矩阵U中，行表示支路，而且每一行跟每一行所代表的支路是不相同的，因此，每一行上非零原色的位置跟管网中该行所对应的位置是相同的，现在，我们随便选择矩阵U中的一行，那么考察的支路就是C，也就是我们常说的主动调节支路，那么除去考察支路意外剩下的所有支路就用E来表示，也就是我们常说的被动支路，现我们假定对流量的调节可以通过调节主动支路的阻力系数的大小来实现，那么在阻力系数变化的大小差为△Sc时，这对主动支路的流量的影响的大小为△Gc=C（G/S）CT△Sc，另外，还对被动支路起着一定的影响，即：

△GE=E（G/S）CT△Sc （2）

由此可见，热力稳定性跟水力稳定性的定义有一定的区别，前者的提出主要是针对在某一个具体的调节过程中某一段时间内的TC定义的，在一般情况下被动支路E在这段考察的时间内，会认为其用户一直保持符合不发生变化，因此，空调的机组表在冷器进风方面的温度tA1，在进风方面的焓值保持hA1不变，在送风量方面的VA一直保持在TC内不发生变化。

2.仿真模型

下面我们以某一厂房内变流量空调水系统为例来介绍说明，在优化变压差设定值控制策略中，可以应用热力稳定性，该实验的具体实验情况为，在分、集水的两侧设置系统压差控制点，这样在对变频器VFD进行相应的调节时就可以通过水泵转速大小的改变而实现，在水泵转速大小改变时一定要参照压差设定值和压差传感器DPT的读数这两者之间的偏差，通过控制器来进行相应的比较，这样将会非常有利于将压差?p一直保持在设定值内，另外还需要将二通调节水阀V1～V6配置在最后的6台空调机组AHU上，这样就可以通过控制器来对二通水阀的开度进行相应的调节，从而能够使各个机组表冷器的冷水量发生改变，这将会在最大程度上有利于送风温度一直保持在设定值。根据实验设计，再参考管网结构方程（1）和考察主动支路矩阵C、被动支路矩阵E，可以得出13阶行向量的定义DPm=（1 0 …0），在该仿真模型的试验中出现了以下两种在压差方面的控制策略。

2.1 水泵不控

调节阀动作周期在正常的调节时段范围内一般是小于水泵控制周期，在这种情况下△p是一直保持在非控制状态下，在该时段内水泵一直保持转速在相同的速度内。因此，主动支路矩阵C的调节阀在开度方面的变化直接决定着被动支路E的流量变化即△GE的变化和△p的变化。

△（△p）=DPm（（P/S）CT△Sc，△GE=E（G/S） CT△Sc （3）

2.2 水泵定压差控制

调节阀动作周期在正常的调节时段范围内一般是大于水泵控制周期，在这种情况下△p的设定值是一直保持在初始状态下，因此，主动支路矩阵C的调节阀在开度方面的变化和水泵转速的变化直接决定着被动支路E的流量变化即△GE的变化和△p的变化。

DPm（（P/S）CT△S=-DPm（P/w）CT△w （4）

在式（4）中△p的設定值保持不变需要的调节的水泵转速值可以用△w来表示，根据公式将△w的值求出，从而能够知道△GE的原计算式为下式（5）：

△GE=E（G/S）CT△Sc+E（G/w）CT△w （5）

3.结论

变流量空调水系统的热稳定组成具有一定的特点，进而进行了仿真模型实验，研究热稳定性在优化变压差设定值控制策略优化中的应用，进而进行了详细的研究和分析。

参考文献

[1]李彬.变流量空调水系统稳定性的分析及试验研究[J].制冷与空调，2005（1）.