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1. 研究目的与意义(文献综述)
从十九世纪末开始,船舶空调系统已经成为船舶正常运行不可或缺的一部分。船舶空调系统的重要性不言而喻。且不同于普通陆上建筑物中使用的空调,海上环境千变万化,极易受外界天气变化和海域影响。当船舶在南极这种极端海域航行时,外界温度极低,或是在赤道航行时,外界温度较高,又或是在狂风暴雨天气下航行,外界空气流动快且极不稳定。种种这些极端情况都将是对船舶空调系统能否稳定运行的极大挑战。而船舶空调系统不仅需要维持着船上舒适的人工环境,保证船上工作人员的正常工作环境,还要保证船上工作机械的正常运行。一旦船舶空调系统不能在这种情况下稳定正常的工作,船上的一切工作都将受到重大影响。此外,从能源的角度分析,船舶空调系统也是船上一个不可忽视的耗电来源。调查显示,船舶空调系统消耗的电量占据船舶电网总容量的20%。所以,在保证船舶空调系统发挥其正常功能的同时,如何降低其能耗也是评判一个优秀船舶空调系统的一个重要依据。基于以上理由,十分有必要对船用空调系统控制策略进行优化。
国内外研究现状:黎俊提出能适应全海域并降低能耗的全海域新型船舶空调系统。即通过将船舶海水源热泵和船舶主辅机冷却水系统耦合,并在环境温度传感器的检测下控制制冷、制热管路的切换,使船舶空调制冷时利用海水作为船舶的冷源、船舶空调制热时在冷却水回路处温度传感器的检测下合理利用主、辅机冷却水作为船舶的热源。黄新江根据热泵机组负荷率采用变水温控制,通过控制供水温度间接控制用户侧回水温度其次制冷工况下地源侧开启冷却塔,并采用定时启停控制策略,水泵与机组启停时间不变。最后利用仿真模型模拟优化前后的地源热泵系统长期运行效果,结果表明优化控制策略下节能性更好。杨臣提出并仿真验证了三个优化控制策略:送风设计温度优化、典型功能区空调系统最佳启动时间控制和基于人员调度的室内温度设定优化,结果显示基于人员调度的室内温度设定优化节能效果更明显。刘叶提出全空气空调系统的联合控制方案,包括送风、回风及新风变流量优化控制、冷冻水二次泵变流量优化控制、制冷机组配置方案和机组台数优化启停控制。曹旦提出了提高冷冻水供水温度的系统运行策略,模拟分析不同供水温度对系统能耗对比,相比传统的7℃出水温度,9℃的出水温度对室内空气品质影响较小,并且系统能耗大约降低 17.6%。王洪乾分别对比定温差控制、末端定压差控制、干管定压差控制三种冷冻水控制策略,分析得到,定温差控制相对于阀门节流调节节能率最高,并分别对比定冷凝温度控制、定温差控制、变流量变温差控制三种冷却水控制策略。发现变流量变温差控制相对于定流量控制节能效果更好。田静静利用全局优化算法、粒子群算法分析出对设备状态和转速同时进行控制能使总耗电量降低 8%、系统效率提高 9%。刘国强,刘志斌等人提出了不同冷负荷区间下基于冷冻水系统整体运行能效最高的优化运行方法。。Zhu 等首先建立了变风量和变风量部件组合的自适应模型,采用遗传算法高效寻优能力对模型进行求解,结果表明,该优化方法使组合空调系统的能耗显著降低。Yucong Xue等人提出了一种根据室内占有率来控制空调启停的控制策略,实验证明在保证室内环境不变的情况下能耗比提高7.2%。Shiyu Yang等人通过实验研究了用于控制常规单线圈空气处理单元(AHU)系统和DOAS辅助SSLC系统的MPC的性能,并将其与基于常规反馈控制的建筑物管理系统(BMS)进行了比较。与BMS控制的单线圈AHU相比,单线圈AHU和DOAS辅助SSLC的MPC系统分别节省了18%和20%的电量。此外,与BMS相比,室内热舒适性得到了显著改善。当两个系统均由MPC控制时,与单线圈AHU相比,DOAS辅助SSLC具有更好的室内环境,在热舒适性和湿度方面表现出优势。
2. 研究的基本内容与方案
本文通过了解船舶空调系统的构成和基本控制策略,利用trnsys软件建立船舶空调系统的模型,利用trnsys构建所研究的船用空调系统的动态仿真模型并进行控制策略优化与仿真分析 ,最后得出一些优化方案能让船舶空调系统在功能性和节能性上有所提高。
2.2研究目标
通过学习trnsys软件搭建船舶空调系统,对船舶空调系统有一个更加系统更加立体的认识。能够根据仿真结果对船舶空调控制系统策略做出简单的分析并进行一定的优化。
3. 研究计划与安排
(1)查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需技术方案及措施。确定方案,完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告;(第1周—第3周)
(2)查阅相关文献资料,了解船用空调系统的组成及现有控制策略; (第4周—第5周)
(3)学习trnsys软件,并利用软件搭建实验所需要的船舶空调系统模型 (第6周—第7周)
4. 参考文献(12篇以上)
[1]黎俊. 全海域新型船舶空调系统及其特性分析[d].江苏科技大学,2016.[2]王洪乾. 基于trnsys的空调系统动态模拟及控制策略优化研究[d].青岛理工大学,2018.[3]曹旦. 中央空调系统仿真与节能优化[d].东华大学,2016.[4]刘叶. 商场中央空调系统能耗模拟与优化控制研究[d].华中科技大学,2015.[5]杨臣. 航站楼空调系统能耗分析与优化控制策略研究[d].上海交通大学,2011.[6]黄新江. 基于trnsys地源热泵系统模拟与优化[d].苏州科技大学,2019.
[7] 张海丁 李亚奇 刘渊 基于 trnsys 的通风空调系统仿真平台的开发,2018
[8] 吴音璇 王健基于 trnsys 的地源热泵系统运行策略分析 ,2018
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