专利名称：可应用于空调系统之回馈仿真方法
技术领域：
本发明涉及一种空气调节技术，特别是可应用于空调系统之回馈仿真方法。
背景技术：
以往的空调系统设计方法如T方法、动态规划法，虽可应用于冷冻空调系统之最佳化设计与设备尺寸规格的选用，但对于实际运用下，空调负荷变动时，系统降载所需的平衡调整与节能控制策略，却无法提出有效的解决方法。
虽然过去也有仿真方法的分析方法被提出，例如
图1所示的开回路仿真方式，此仿真方法是采取单方进行的方式，这种方法的好处是步骤少、流程简单与仿真时间较少，缺点是无回馈的设计，只具备单纯仿真而缺乏回馈修正的功能，仅限使用于较单纯之系统，而对于复杂性高的冷冻空调系统而言并不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的仿真方法“回馈仿真法”，其利用系统仿真值与实际需求值的比较，传回一个误差讯号来调整控制的方向，并根据系统修正准则，来修正下一次输入的参数，如此反复的回馈与修正，直到系统于动量与能量均平衡时仿真才结束。
一种可应用于空调系统之回馈仿真方法，该方法在实施上包含了以下几个步骤 步骤1，初始参数以及限制条件的输入，在初始参数输入中首先针对仿真模型的基本性质作一输入，如欲仿真之流体、管段材料等参数，接着再将仿真模型的配置输入，最后则是将仿真模型的相关限制条件输入，而完成了仿真相关参数输入； 步骤2，系统的初始设计； 步骤3，进行系统的仿真，依各系统的特性，在已知步骤1的系统相关参数之后，在步骤2中即利用现有的空调系统设计方法，进行系统的尺寸设计，接着针对此完成设计的系统进行步骤3的系统仿真，步骤3中的仿真模式，依各系统的特性而有不同的物理与数学模型，且此模式的建立必须根据质量守恒、动量守恒和能量守恒； 步骤4，误差判断，而后进行仿真值与需求值误差的判断； 步骤5，系统的修正程序，当仿真结果与需求值间的差异不在可接受的范围内时，则进行系统的修正程序； 步骤6，是改变系统负荷参数，就冷冻空调系统而言，系统负荷是随时改变的，若要仿真同一时间下的系统状态，则不需进行步骤6，若要仿真不同时间下系统的状态，则当完成一个时间点的仿真结束后，即需重新输入下一个时间点系统的负荷参数，并重新进行仿真。
本发明的有益效果在于 本发明提出的回馈仿真法能够针对设计完成的系统进行仿真，以了解系统实际运转情形，并根据仿真结果进行分析，以减少设计上的缺失，并增加设计的弹性，以提出有效的节能运转策略。
回馈仿真法利用回馈仿真方法可针对已设计完成的系统的实际运转状况进行分析。亦可针对已建造完成的系统，在不同控制策略下的运转进行分析，并提出有效的节约能源运转策略。本发明之回馈仿真法，可应用于空调系统中，包括有空气系统、水路系统与储冰系统之中，极具产业上之利用价值。
附图的简要说明 图1是现有技术之开回路仿真流程图。
图2是本发明之回馈仿真法流程图。
图3是本发明实施于酸性气体制程排气系统配置图。
图4a是两管段串联的系统图。
图4b是两管段并联的系统图。
图4c是三管段T型连接图。
主要组件符号说明
管路-------------1、2、3 虚拟管段---1-2、1-3、2-3
具体实施例方式 本发明提供一种本发明提出的回馈仿真法之分析流程如图2所示，其在实施上包含了以下几个步骤步骤1为仿真模型相关参数输入，包含步骤1a初始参数输入与步骤1b限制条件输入。在已知步骤1的系统相关参数之后，在步骤2中即利用现有的空调系统设计方法，进行系统的尺寸设计，接着针对此完成设计的系统进行步骤3的系统仿真。步骤3中的仿真模式，依各系统的特性而有不同的物理与数学模型，且此模式的建立必须根据质量守恒、动量守恒和能量守恒。
当步骤3仿真结果与需求值有所差异时，则需进行系统的修正程序。于回馈仿真法中，若经由系统之仿真值与需求值超过预定的范围且有所差异时会传回一个误差讯号，此时藉由修正程序得到新的系统仿真输入值，如此反复地修正直到该差值落在容许范围以内，亦即满足前述的三个守恒定律，仿真才结束。此修正程序需依空调系统之需求归纳出修正程序，以供系统进行修正，包括了调整档板角度的压力平衡方式、改变泵浦的转速的能量平衡方式等。而本发明中的修正准则系根据各系统的特性所建立，藉由修正准则之修正，可有效的减少仿真所需之时间，并增加系统之准确性。
回馈仿真法中修正程序包含了压力平衡修正程序与能量平衡修正程序。压力平衡修正程序系考量到系统中各路径之压力需达到平衡，此处所谓的压力平衡，是指系统中每一条路径上的全压损失都相等。对于空调系统而言，当各路径全压损失不平衡时，将导致各路径的流量无法达到设计要求，所以在全压降较小的路径末端装设流量平衡装置(如挡板或平衡阀)，以增加此路径上的阻力，并于建造完成后藉由调整流量平衡装置以达到压力平衡。回馈仿真法的能量平衡修正程序是依据各热交换器所需的负荷求得流量需求，并藉由控制之二通或三通阀的特性来调整变频泵的转速，达到各负荷所需的能量平衡。
回馈仿真法中最后步骤6则是改变系统负荷参数，就冷冻空调系统而言，系统负荷是随时改变的，若要仿真同一时间下的系统状态，则此参数不需改变，反之，当一个时间点的仿真结束后，欲仿真下一个时间点时，需重新输入系统的负荷参数，才可继续进行仿真。
为了解系统实际运转情形与操作策略，本发明的回馈仿真法可针对已完成设计的系统进行分析，以仿真系统实际运转的额定问题(ratingproblem)。回馈仿真法仿真流程如图2，以实施于酸性气体制程排气系统(如图3所示)上为例加以说明。首先步骤1为初始参数与限制条件的输入，初始参数包括了工作流体的性质、风管的几何性质与配置、流体的性质等参数以及各管段的风量，系统的限制条件，包括了安全流速或管径的上、下限。接着步骤2中可利用现有的风管设计方法，依照步骤1中输入的已知条件进行步骤2制程排气系统的设计，而得到各管段的直径，以及选用的风管规格。如图4所示，各管段长度与风机性能曲线逐一输入步骤3，接着则是进行步骤3仿真理论的建立，回馈仿真法所使用的风管仿真理论，主要包含了系统收缩、风机操作点选择及系统展开三个部分。
系统收缩主要目的为将一复杂的管路系统，收缩到只以一个虚拟管段代表，并求出此虚拟管段的等效流量传导系数。通过风管的全压降可用Darcy-Weisbach方程式表示成 定义则体积流量与压力损失之关系可表示为 又定义一流量传导系数则(2)式可表示为 藉由(3)式可开始进行系统收缩的步骤。不论多复杂的管路系统中，管路与管路相连接方式可为串联、并联与T型连接三种方式，以下针对此三种管路相连方式进行系统的收缩步骤说明。
首先考虑串联管路的系统收缩，如图4a中为一个两管段串联的系统，若将串联的管路1与管路2收缩成单一虚拟管段1-2，则此虚拟管段1-2须满足以下限制条件 风量守恒以及压力守恒，分别如(4)、(5)两式所示 Q1-2＝Q1＝Q2(4) ΔP1-2＝ΔP1+ΔP2 (5) 将(3)式代入(4)式中可得到 又将(4)式代入上式中，可得到串联时虚拟管段1-2的等效流量传导系数Ks1-2为 若考虑两管段并联的系统如图4b所示，将并联的管路1与管路2收缩成单一虚拟管段1-2，则此虚拟管段1-2须满足以下限制条件 Q1-2＝Q1+Q2(8) ΔP1-2＝ΔP1＝ΔP2 (9) 由(3)式与(8)式可得到并联时虚拟管段1-2的等效流量传导系数 考虑一个由三管段以Y型或T型连接的系统，如图4c所示，欲将此系统收缩成单一虚拟管段1-3，则此系统可视为管路2与管路3并联后再与管路1串联，则收缩后虚拟管段等效流量传导系数为 当系统收缩完毕后，复杂系统被简化到只有风机与单一虚拟管段，此虚拟管段之流量系传导数为Ksys，此时系统之风量与压降的关系为 (12)即代表系统之阻抗曲线，而系统阻抗曲线与风机性能曲线之交点即可求出风机的操作点，进而得到风机操作时所提供之全压Pfan及风量Qfan。当风机之操作点决定后，则开始进行系统展开的步骤，将收缩后的系统展开成原系统，并根据各管段等效流量传导系数Ksys将风量分配到各管段，其计算方向恰与系统收缩方向相反。当前述的三个步骤(系统收缩、操作点选择与系统展开)完成后，即可开始进行步骤3的系统仿真，而后者仿真值与需求值经步骤4比较之后的误差必须介于0至5％之间，若大于5％或小于零时，则进行步骤5的修正程序。
步骤5的修正程序之建立是基于全压平衡的条件，假设某排气系统中有N条路径，而各路径中所需之风量分别为Q1、Q2...、QN，则系统需求之总风量Qsys为 假设各路径上由于管段与阀件所产生之全压损失分别为ΔPT，1、ΔPT，2...、ΔPT，N，各路径由于挡板开启所产生之压力损失分别为ΔPD，1、ΔPD，2...、ΔPD，N，则各路径之总压力损失为 ΔPn＝ΔPT，n+ΔPD，n 其中n＝1、2...N (14) 而在排气系统中风机所提供之风量必须满足各路径所需风量的总和，故风机运转时所提供之总风量为 由于风机运转时所提供之风量为已知，藉由风机性能曲线即可得到在此操作状况下风机之操作点，而藉由此查出风机运转时所提供之全压Pfan，各路径所获得之压力也为Pfan Pfan＝ΔPn (16) 在满足各路径全压的平衡条件下，各路径之全压损失与挡板开启所造成压力损失总合需等于风机所提供的全压，亦即 Pfan＝ΔPl，n+ΔPD，n(17) 在各路径中挡板开启所造成之压力损失与其局部损失系数Cv间的关系可表示为 将(17)式代入(18)式中即转换得到各路径中挡板局部损失系数，进而依此调整档板的开启角度，进而再回到步骤3内进行下一次的系统仿真，直到误差值降到可以接受的范围之内，完成制程排气系统负载的回馈仿真分析，而后于步骤6进行改变制程排气系统负载的修正。重新进行步骤3的系统仿真与步骤6的修正程序，直到所有的负载变化情况均完成分析，最后输出结果。
综上所述，回馈仿真法利用回馈仿真方法可针对已设计完成的系统的实际运转状况进行分析。亦可针对已建造完成的系统，在不同控制策略下的运转进行分析，并提出有效的节约能源运转策略。本发明之回馈仿真法，可应用于空调系统中，包括有空气系统、水路系统与储冰系统之中，极具产业上之利用价值。
权利要求
1.一种可应用于空调系统之回馈仿真方法，其特征在于该方法执行以下步骤
步骤1，初始参数以及限制条件的输入，在初始参数输入中首先针对仿真模型的基本性质作一输入，如欲仿真之流体、管段材料等参数，接着再将仿真模型的配置输入，最后则是将仿真模型的相关限制条件输入，而完成了仿真相关参数输入；
步骤2，系统的初始设计；
步骤3，进行系统的仿真，依各系统的特性，在已知步骤1的系统相关参数之后，在步骤2中即利用现有的空调系统设计方法，进行系统的尺寸设计，接着针对此完成设计的系统进行步骤3的系统仿真，步骤3中的仿真模式，依各系统的特性而有不同的物理与数学模型，且此模式的建立必须根据质量守恒、动量守恒和能量守恒；
步骤4，误差判断，而后进行仿真值与需求值误差的判断；
步骤5，系统的修正程序，当仿真结果与需求值间的差异不在可接受的范围内时，则进行系统的修正程序；
步骤6，是改变系统负荷参数，就冷冻空调系统而言，系统负荷是随时改变的，若要仿真同一时间下的系统状态，则不需进行步骤6，若要仿真不同时间下系统的状态，则当完成一个时间点的仿真结束后，即需重新输入下一个时间点系统的负荷参数，并重新进行仿真。
2.如权利要求1所述之可应用于空调系统之回馈仿真方法，其特征在于步骤5的修正程序，是于仿真过程中，若经由系统仿真所得之仿真值与需求值间有所差异时，将传回一个误差讯号，并藉由一连串的程序来调整下一次的输入参数，直到仿真值和需求值间的误差落在可接受的范围之中，此修正程序又因不同的状况而有不同的修正方式，包括了调整档板角度的压力平衡方式、改变泵浦的转速的能量平衡方式等，需依空调系统之需求归纳出修正程序，以供系统进行修正。
3.如权利要求2所述之可应用于空调系统之回馈仿真方法，其特征在于步骤5中的修正准则是根据各系统的特性所建立，藉由修正准则之修正，可有效的减少仿真所需之时间，并增加系统之准确性。
4.如权利要求1所述之可应用于空调系统之回馈仿真方法，其特征在于步骤5中的修正程序包含了压力平衡修正程序与能量平衡修正程序。
5.如权利要求4所述之可应用于空调系统之回馈仿真方法，其特征在于压力平衡修正程序系考量到系统中各路径之压力需达到平衡，此处所谓的压力平衡，是指系统中每一条路径上的全压损失都相等。
6.如权利要求4所述之可应用于空调系统之回馈仿真方法，其特征在于能量平衡修正程序是依据各热交换器所需的负荷，求得流量需求，并藉由控制之二通或三通阀之特性调整变频泵的转速，来达到各负荷所需的能量平衡。
全文摘要
本发明涉及一种空气调节技术，特别是可应用于空调系统之回馈仿真方法，该方法是利用传回一个误差讯号，来调整下一次输入的参数，以达到回馈仿真的目的，系统在分析过程中将仿真分析的结果与实际需求值作比较，并输出误差讯号至修正程序之中，以调整控制阀件的控制功能，使系统达到平衡的操作条件，进而得出各设备组件之耗电量，此外回馈仿真法亦可针对不同控制策略的节能效果进行分析，而得出最佳化节能的控制模式，藉由该方法的分析模式，可以具体得到系统扩广或负荷改变时之运转状态，俾使设计者在设计阶段既能了解系统于实际运转下之运转情形，亦可针对已建造完成的系统，在不同控制策略下的运转进行分析，并提出有效的节约能源运转策略。
文档编号G05B17/00GK101196730SQ200610161848
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者陈辉俊 申请人:陈辉俊