基于trnsys的空气源热泵空调系统模型及建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空气源热栗空调系统建模仿真技术领域，具体地说，涉及的是一种基 于TRNSYS的空气源热栗空调系统模型及建模仿真方法。
【背景技术】
[0002] 空气源热栗空调系统整体结构简单，不需要冷却塔，占地面积小，具有安装方便、 布置灵活等诸多优点，同时又由于其清洁、高效、稳定的特性，因此目前空气源热栗空调系 统在国内外得到越来越多的使用，尤其在我国的中部、长江流域及长江以南地区，拥有着广 泛的应用。但是，对于空气源热栗空调系统的研究，我国仍然处于起步阶段。而对空气源热 栗空调系统仿真模拟，能够方便地进行不同工况下空调系统的研究，与实际系统的实验研 究相比，具有很大的优势。
[0003] TRNSYS 软件的全称为 Transient System Simulation Program，即瞬时系统模拟 程序。TRNSTYS是由美国威斯康星大学的太阳能实验室开发的一个能源系统模拟软件。其 最主要的核心思想是将一个系统简化为多个小模块，每一个模块的功能都可以单独进行编 程设计，从而使其能够实现一定的功能。在进行系统的仿真模拟时，只要将系统中的不同模 块的输入参数和输出参数按照需求相互连接，就可以可建立起系统模型，进而进行仿真分 析。这样，空气源热栗空调系统的研究就可以简化为部件选择以及数学计算的问题。其具 体操作就是设定好模块的参数，根据系统流程图对应连接其输入与输出，完成系统建模后 进行运算分析。
[0004] 通过现有文献调研发现，胡玮等人在《系统仿真技术》中发表文章"基于TRNSYS的 水冷型中央空调系统建模与仿真"，结合实际建筑建立广州市某大厦的水冷型中央空调仿 真系统，并对不同控制条件下的空调系统进行了比较分析；林兴斌等人在《建筑节能》中发 表文章"基于TRNSYS的HVAC控制系统的仿真"，文中利用TRNSYS建立一个典型变风量系统 的模型，并进行了优化分析。上述文章都利用TRNSYS进行了空调系统的仿真分析，但一方 面，现有文献缺乏对空气源热栗空调系统在变水流量控制方面的仿真研究，另一方面，现有 仿真研究往往脱离建筑，缺乏空调系统与建筑的集成仿真。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对于现有技术研究的不足，提供一种基于TRNSYS的空气源热 栗空调系统模型（模拟仿真系统）及建模（模拟仿真）方法。利用TRNSYS软件对空气源 热栗空调系统进行逐时仿真，从而为系统的设计及优化提供依据。
[0006] 为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
[0007] 根据发明的一个方面，提供了一种基于TRNSYS的空气源热栗空调系统模型，基于 TRNSYS平台设计，包括：气象参数输入部分、建筑参数输入部分、风机盘管部分、水栗部分、 变流量控制部分、空气源热栗部分以及模拟结果输出部分；其中：
[0008] 所述气象参数输入部分用于设置气象参数；
[0009] 所述建筑参数输入部分用于设置建筑参数；
[0010] 所述风机盘管部分用于设定风机盘管的风量以及控制室温；
[0011] 所述水栗部分用于设定水栗的流量和功率；
[0012] 所述变流量控制部分用于控制水栗的流量变化；
[0013] 所述空气源热栗部分用于设定空气源热栗的额定制冷量、名义COP ;
[0014] 所述模拟结果输出部分，用于输出空气源热栗部分的空气源热栗的额定制冷量和 名义COP模拟结果。
[0015] 根据本发明的另一个方面，提供了一种上述基于TRNSYS的空气源热栗空调系统 模型的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0016] 步骤S1，设定气象参数输入部分；其中根据仿真需求选用不同的气象参数文件；
[0017] 步骤S2,设定建筑参数输入部分；其中建筑可以分为多个区域；所有建筑参数根 据仿真需求进行输入；工作时间和非工作时间的建筑负荷用时间表区分；
[0018] 步骤S3,设定风机盘管部分；其中风机盘管的风量根据建筑负荷确定；控制室温 根据仿真需求确定；
[0019] 步骤S4,设定水栗部分；其中水栗的流量和功率根据建筑负荷确定；
[0020] 步骤S5,设定变流量控制部分；其中变流量控制部分采取温差多级控制的方式控 制流量的档位；
[0021] 步骤S6,设定空气源热栗部分；其中空气源热栗的额定制冷量根据建筑负荷确 定；
[0022] 步骤S7,设定模拟结果输出部分；其中数据输出的表征量为室内外的温度变化曲 线、空气源热栗的功率和制冷量、水栗的功率及流量、空气源热栗的COP和空调系统的C0P。
[0023] 优选地，所述步骤S5中，利用多级控制器实现对水栗流量控制，表述如下：
[0024] 控制器可以输出多个控制信号Sn，η为自然数；对于每一个控制信号Sn，都相当于 一个启停控制，存在如下关系：
[0025] 若SJI先为1，则：
[0027] 若SJI先为0,则：
[0029] 其中：T为控制参数，在本模型中采用空气源热栗的供回水温差；Tn为控制信号S η 所对应的温度控制点；△ T为死区温度。
[0030] 优选地，如果设置控制信号数量为4个，分别记为S2、S3、S 4，同时设置4个控制 信号所对应的温度控制点为T1、T2、T 3、T4, T1 < T 2< T 3 < T 4，且Tn-Tn > ΔΤ，其中，η取2、 3、4,则随着温度的升高，S1, S2, S3, S4将会依次置1，即四个控制信号共有5个状态：(0,0， 0,0)，（1，0,0,0)，（1，1，0,0)，（1，1，1，0)，（1，1，1，1);这 5 个状态可以对应于流量的 5 个档 位。
[0031] 优选地，所述步骤S7中：
[0032] 数据输出的表征量中，空气源热栗的制冷量的表达式为：
[0033] Qheat= CP Qw(tin-tout)
[0034] 式中：
[0035] c--水的比热容，取为4. 2kX/(kg · °C );
[0036] p--水的密度，取1000kg/m3;
[0037] Qw--水栗流量，m3/h ;
[0038] tout--空气源热栗的供水温度，°C ;
[0039] tin--空气源热栗的回水温度，°C ;
[0040] 数据输出的表征量中，空气源热栗的COP的表达式为：
[0041] COPashp - Q heat/PASHP
[0042] 式中：
[0043] Pashp--空气源热栗机组的功率，kW ;
[0044] 数据输出的表征量中，空调系统的COP的表达式为：
[0045] COPsystem - Q heat/ (PASHP+Ppump)
[0046] 式中：
[0047] Ppunp--水栗的功率，kW。
[0048] 本发明提供的基于TRNSYS的空气源热栗空调系统模型，包括以下几个部分：气象 参数输入部分，设置气象参数；建筑参数输入部分，设定建筑参数，包括建筑面积、建筑负荷 等；风机盘管部分，设定风机盘管的风量和功率；水栗部分，设定水栗的流量和功率；变流 量控制部分，控制水栗的流量变化；空气源热栗部分，设定空气源热栗的额定制冷量、名义 COP ;模拟结果输出部分，用于输出模拟结果。本发明利用TRNSYS软件，设计了空气源热栗 空调系统模型。模型的模拟结果与系统的实际运行情况吻合良好，充分展示了系统运行的 具体情况，为空气源热栗空调系统的设计、优化以及评估提供了依据。
[0049] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0050] 1、本发明利用TRNSYS软件设计了对空气源热栗空调系统，尤其是对其变水流量 控制运行进行建模仿真的方法，结果显示，本发明提供的空气源热栗空调系统的模拟结果 与空气源热栗空调系统的实际运行情况吻合良好，充分展示了系统运行的具体情况。
[0051] 2、本发明为空气源热栗空调系统的设计、优化以及评估提供了有力的依据。
【附图说明】
[0052] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0053] 图1为本发明基于TRNSYS的空气源热栗空调系统模型结构示意图；
[0054] 图2为室内外的温度变化曲线图；
[0055] 图3为空气源热栗的制冷量图；
[0056] 图4为空气源热栗的功率图；
[0057] 图5为水栗的流量图；
[0058] 图6为空气源热栗的COP和空调系统的COP图。
【具体实施方式】
[0059] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。
[0060] 实施例
[0061] 本实施例提供了一种基于TRNSYS的空气源热栗空调系统模型，包括7个部分：气 象参数输入部分、建筑参数输入部分、风机盘管部分、水栗部分、变流量控制部分、空气源热 栗部分以及模拟结果输出部分；其中：
[0062] 所述气象参数输入部分用于设置气象参数；
[0063] 所述建筑参数输入部分用于设置建筑参数；
[0064] 所述风机盘管部分用于设定风机盘管的风量以及控制室温；
[0065] 所述水栗部分用于设定水栗的流量和功率；
[0066] 所述变流量控制部分用于控制水栗的流量变化；
[0067] 所述空气源热栗部分用于设定空气源热栗的额定制冷量、名义COP ;
[0068] 所述模拟结果输出部分，用于输出模拟结果。
[0069] 相应的，本实施例提供的基于TRNSYS的空气源热栗空调系统模型，其建模方法也 分为以下7个步骤：
[0070] 步骤S1，设定气象参数输入部分；其中根据仿真需求选用不同的气象参数文件；
[0071] 步骤S2,设定建筑参数输入部分；其中建筑可以分为多个区域；所有建筑参数根 据仿真需求进行输入；工作时间和非工作时间的建筑负荷用时间表区分；
[0072] 步骤S3,设定风机盘管部分；其中风机盘管的风量根据建