一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法与流程

本发明属于空调系统仿真模拟领域，涉及一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法。

背景技术：

传统空调系统选型设计是以其额定工况下运行最佳为依据，而实测数据表明，空调机组80％以上的运行时间在60％以下的部分负荷下运行，因此针对以额定工况下运行最佳而设计的空调系统，需要对不同的负荷变化对空调系统进行节能优化运行及对应的控制策略研究，以避免部分负荷下系统运行效率的降低。基于空调负荷变化规律，从系统整体运行最佳的角度对空调系统各节能优化控制策略进行对比分析研究，借助仿真模拟手段是较易实现的方法。在对既有建筑空调系统进行建模仿真时，由于实际空调系统各部件的具体结构参数难以获取，导致对依据设备具体结构参数进行的精确模拟较难实现，使得常规的建模方法在实际应用中存在局限性。

针对实际建筑空调系统各部件具体结构参数缺乏的问题，国内外许多学者提出了对已有的仿真模型进行适当简化或结合实测数据获取经验与半经验公式的方法建立结构参数缺乏条件下的设备模型。但通过简化理论模型或基于经验公式建立的仿真模型精确度较低且难以在不同系统中推广，基于拟合公式的仿真模型需要以海量实测运行数据为基础，而在实际既有空调系统中，现实条件允许的测量实际运行参数的手段有限。因此需要提出结构参数缺乏条件下，精度较高、适用性较广且所需实测参数较少并在实际空调系统中能够方便获得的建模方法。

技术实现要素：

技术问题：本发明提出一种在既有空调系统各部件具体结构参数缺乏的条件下，具有精度较高，适用性较广且所需实测参数在实际空调系统中能够方便获得的空调系统特征识别方法，并基于该特征识别方法对空调系统进行仿真模拟。

技术方案：本发明的基于特征识别的空调系统仿真模拟方法，包括以下步骤：

(1)根据既有空调系统的实测运行数据，采用最小二乘法分别求解得到以下几种模型的模型参数：空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型，将所求得的模型参数作为表征各部件结构特性的特征参数；

(2)按照所仿真模拟空调系统的实际连接关系，将所述空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型进行模拟连接；

(3)设定以下系统运行指标：冷水机组蒸发温度、冷水机组冷凝温度、表冷器进口冷冻水温和冷却塔进口冷却水温，将所述系统运行指标与模拟工况参数一并输入已在所述步骤(1)中确定了特征参数的各模型，计算得到空调系统各运行状态参数。

进一步的，本发明方法中冷水机组性能预测模型包括蒸发器模型、冷凝器模型、压缩机模型和节流阀模型：

a.所述蒸发器模型在变水量工况下为：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (3)

所述蒸发器模型在变水温工况下为：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (8)

式中，Q_e1、Δt_e1分别为两相区的换热量和换热温差；Q_e2、Δt_e2分别为过热区的换热量和换热温差；m_w,e为冷冻水流量；c_p,w为水的比热；m_r为制冷剂流量；A^＊_e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；x₁为根据不同结构形式蒸发器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B^＊_1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y₁为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C^＊_e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；B^＊_2,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y₂为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；Q_e为蒸发器总换热量；t_wi,e，t_wo,e分别为冷冻水进口温度和出口温度；t_w1,e为两相区冷冻水入口温度；h_ei，h_eo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；t_e为冷水机组蒸发温度；t_eo为压缩机吸气温度，即蒸发器出口的制冷剂温度；

b.所述冷凝器模型在变水量工况下为：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (11)

所述冷凝器模型在变水温工况下为：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (16)

式中，Q_c为冷凝器换热量；m_w,c为冷却水流量；t_wi,c，t_wo,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度；h_ci，h_co分别为冷凝器入口焓值和出口的焓值；Δt_c1，Δt_c2，Δt_c3分别为冷凝器过冷区、两相区和过热区的换热温差；A^＊_c为需要确定的冷凝器模型参数；x₂为根据不同结构形式冷凝器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B^＊_1,c为需要确定的冷凝器模型参数；y₃为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C^＊_c为需要确定的冷凝器模型参数；B^＊_2,c为需要确定的冷凝器模型参数；y₄为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；B^＊_3,c为需要确定的冷凝器模型参数；y₅为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；t_c为冷水机组冷凝温度；t_co为制冷剂在冷凝器出口的温度；t_w1,c，t_w2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度；t_ci为压缩机排气温度；

c.所述压缩机模型为：

V_th＝ψV_th0 (22)

式中，m_r为制冷剂的质量流量；λ为输气系数；V_th为压缩机理论输气量；v₁为压缩机吸气比容；ψ为冷水机组负荷率；V_th0为压缩机额定工况下理论输气量；T_eo为吸气温度；T_ci为排气温度；p_c为冷凝压力；p_e为蒸发压力；k为压缩过程多变指数；P_th为压缩机理论功率；P_in为压缩机实际功率；η_e为压缩机的电能效率；

d.节流阀模型为：

h_co＝h_ei (26)

t_eo＝t_e+Δt_e (27)

t_co＝t_c-Δt_c (28)

式中，h_co为节流阀入口焓值；h_ei为节流阀出口焓值；Δt_e为过热度；Δt_c为过冷度；

所述表冷器性能预测模型包括表冷器换热量模型、表冷器传热效能模型、表冷器接触系数模型、表冷器传热单元数模型、热容比模型、出风参数模型；

所述表冷器换热量模型为：

Q_b＝m_a,b(h_ai,b-h_ao,b)＝m_w,bc_p,w(t_wo,b-t_wi,b) (29)

所述表冷器传热效能模型为：

所述表冷器接触系数模型为：(31)

所述表冷器传热单元数模型为：

所述热容比模型为：

所述出风参数模型，在干工况时为：

t_go,b＝t_gi,b-ε_1,b(t_gi,b-t_wi,b) (34)

所述出风参数模型，在湿工况时为：

t_go,b＝t_gi,b-ε_2,b(t_gi,b-t_b) (36)

t_so,b＝t_go,b-(1-ε_2,b)(t_gi,b-t_si,b) (37)

所述出风参数模型，在临界工况时，采用上述干工况时、湿工况时的出风参数模型均可；

式中，Q_b为表冷器换热量；m_a,b为空气质量流量；h_ai,b为空气入口焓值；h_ao,b为空气出口焓值；m_w,b为水流量；t_wi,b，t_wo,b分别为表冷器进口水温和出口水温；ε_1,b为表冷器传热效能；t_gi，t_go分别为空气进口干球温度和出口干球温度；γ为热容比；NTU为表冷器传热单元数；ε_2,b为表冷器接触系数；t_so,b，t_si,b分别为空气出口湿球温度和进口湿球温度；a_o,b为空气侧换热系数；F_b为表冷器总换热面积；c_p,a为空气比热；K_b为表冷器总传热系数；t_Li为空气进口露点温度；

所述冷却塔性能预测模型，在冷却塔内空气在非饱和状态下时为：

所述冷却塔性能预测模型，在冷却塔内空气在饱和状态下时为：

式中，m_w,t为冷却塔水质量流量；dz为冷却塔填料竖直方向微元长度；β_t为冷却塔传质系数；a为填料比表面积；F_z为冷却塔填料横截面积；X_s,w为水温对应的饱和空气含湿量；X为冷却塔内空气水蒸气质量组分；T_w,t为水温；Le为刘易斯数；c_p,v为水蒸气定压比热；r₀为水的汽化潜热；T_a,t为冷却塔内空气温度；m_a,t为冷却塔空气质量流量；X_s,a为饱和空气含湿量；(β_taF_Z)_j为换热过程中的等效值，Me为模型参数，m_wi,t表示入口水流量，H_t表示填料高度；

所述水泵模型为：

H_p0＝a₀+a₁V₀+a₂V₀² (50)

P_in,p0＝b₀+b₁V₀+b₂V₀² (51)

式中，V₀、H_p0、P_in,p0分别为泵在转速n₀下的流量、扬程与功率，V₁、H_p1、P_in,p1分别为泵在转速n₁下的流量、扬程与功率；a₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂为模型参数。

所述流体输配管路阻力模型为：

式中，H_f为设备或管路阻力，χ_i为第i段管路沿程阻力系数，l_i为第i段管路长度，d为管路水力直径，ζ_j为第j个管道局部阻力件阻力系数，V为管道体积流量；为模型参数。

进一步的，本发明方法的步骤(1)中，既有空调系统的实测运行数据具体为：求解所述冷水机组性能预测模型的模型参数，即求解冷凝器的模型参数、蒸发器的模型参数和压缩机的模型参数时，需要的实测数据有压缩机吸气温度t_eo、压缩机吸气压力p_e、压缩机排气温度t_ci、压缩机排气压力p_c、冷水机组负荷率ψ、压缩机功率P_in、冷却水流量m_w,c、冷凝器进口水温t_wi,c、冷凝器出口水温t_wo,c、冷冻水流量m_w,e、蒸发器进口水温t_wi,e、蒸发器出口水温t_wo,e；

求解所述表冷器性能预测模型的模型参数时，需要的实测数据为：冷冻水流量m_w,e、表冷器进口水温t_wi,b、表冷器出口水温t_wo,b、表冷器进口干球温度t_gi,b、表冷器进口湿球温度t_si,b、表冷器出口干球温度t_go,b、表冷器出口湿球温度t_so,b；

求解所述冷却塔性能预测模型的模型参数时，需要的实测数据为：冷却水流量m_w,c、冷却塔进口水温t_wi,t、冷却塔出口水温t_wo,t、冷却塔进口干球温度t_gi,t、冷却塔进口湿球温度t_si,t、冷却塔出口干球温度t_go,t、冷却塔出口湿球温度t_so,t；

求解所述水泵模型的模型参数时，需要的实测数据为：水泵在转速n₀下的流量、扬程和功率；

求解所述流体输配管路阻力模型的模型参数，需要实测的数据为：冷冻水流量m_w,e、冷却水流量m_w,c、水泵扬程H₁。

进一步的，本发明方法步骤(1)中，采用最小二乘法分别求解空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型和流体输配管路阻力模型的特征参数时，使用克莱姆法则保证线性方程组解的存在性和唯一性，最终求得特征参数的唯一解。

进一步的，本发明方法步骤(2)中将所述空调系统各模型进行模拟连接的具体方法为：按照工作介质流动方向，将各模型入口端的工作介质状态，作为与该入口端连接的模型出口端的工作介质状态，所述工作介质包括制冷剂、冷冻水和冷却水；将冷冻水管路阻力和设备阻力之和作为冷冻水泵扬程，将冷却水管路阻力和设备阻力之和作为冷却水泵扬程。

进一步的，本发明方法步骤(3)中，模拟工况参数具体为：冷水机组模型输入参数包括冷水机组负荷率、冷冻水流量、冷却水流量；表冷器性能预测模型输入参数包括：冷冻水流量、表冷器进口风量、表冷器进口干球温度和湿球温度；冷却塔性能预测模型输入参数包括：冷却水流量、冷却塔进口风量、冷却塔进口干球温度和湿球温度。

进一步的，本发明方法中，步骤(3)的具体流程为：

1)设定表冷器进口冷冻水温，将其与冷冻水流量、表冷器进口风量、表冷器进口干湿球温度一同输入表冷器性能预测模型，对表冷器出口冷冻水温进行模拟计算，所述表冷器出口冷冻水温即为蒸发器进口冷冻水温；

设定冷却塔进口冷却水温，将其与冷却水流量、冷却塔进口风量、冷却塔进口干湿球温度一同输入冷却塔性能预测模型，对冷却塔出口冷却水温进行模拟计算，所述冷却塔出口冷却水温即为冷凝器进口冷却水温；

2)设定冷水机组蒸发温度和冷凝温度，将其与冷水机组负荷率一同输入压缩机模型，根据常规压缩多变过程计算得到制冷剂流量、排气温度和压缩机电功率；

3)将设定的冷水机组蒸发温度和冷凝温度，与冷冻水流量、所述步骤2)中压缩机模型计算得到的制冷剂流量、所述步骤1)中得到的蒸发器进口冷冻水温，一同输入蒸发器模型，得到蒸发器进口制冷剂焓值和出口制冷剂焓值，结合制冷剂流量计算得到蒸发器内制冷剂侧换热量，根据热量守恒方程，利用蒸发器内制冷剂侧换热量等于冷冻水侧换热量计算得到蒸发器出口冷冻水温；根据传热基本方程，利用蒸发器总传热量和换热系数计算得到蒸发器中制冷剂和冷冻水的传热温差，所述蒸发器总传热量等于蒸发器内制冷剂侧换热量；

将设定的冷水机组冷凝温度，与冷却水流量、所述步骤2)中压缩机模型计算得到的排气温度、制冷剂流量、所述步骤1)中得到的冷凝器进口冷却水温，一同输入冷凝器模型，得到冷凝器进口制冷剂焓值和出口制冷剂焓值，结合制冷剂流量计算得到冷凝器内制冷剂侧换热量，根据热量守恒方程，利用冷凝器内制冷剂侧换热量等于冷却水侧换热量计算得到冷凝器出口冷却水温，根据传热基本方程，利用冷凝器总传热量和换热系数计算得到冷凝器中制冷剂和冷却水的传热温差，所述冷凝器总传热量等于冷凝器内制冷剂侧换热量；

4)根据所述步骤1)中得到的蒸发器进口冷冻水温、步骤3)中计算得到的蒸发器出口冷冻水温、蒸发器中制冷剂和冷冻水的传热温差，计算得到冷水机组蒸发器的蒸发温度；

根据所述步骤1)中得到的冷凝器进口冷却水温、步骤3)中计算得到的冷凝器出口冷却水温、冷凝器中制冷剂和冷却水的传热温差，计算得到冷水机组冷凝器的冷凝温度；

5)当以下四组条件均成立时，则将蒸发温度、冷凝温度、表冷器进口冷冻水温、表冷器出口冷冻水温、冷凝器进口冷却水温、冷凝器出口冷却水温、压缩机电功率、蒸发器总传热量和冷凝器总传热量作为系统模拟运行参数输出，否则用每组条件中的计算值更新与之比较的设定值，返回步骤1)：

所述步骤1)中设定的表冷器进口冷冻水温与所述步骤3)中计算得到的蒸发器出口冷冻水温相等，所述步骤1)中设定的冷却塔进口冷却水温与步骤3)中计算得到的冷凝器出口冷却水温相等，所述步骤3)中设定的冷水机组蒸发温度与步骤4)中计算得到的蒸发温度相等，所述步骤3)设定的冷水机组冷凝温度与步骤4)中计算得到的冷凝温度相等。

进一步的，本发明方法中，冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型和流体输配管路阻力模型均是基于集总参数法，将既有空调系统中各部件的未知结构参数进行集总建立得到。

进一步的，本发明方法中，空调系统为单台冷水机组中央空调系统或由多台冷水机组、多台水泵和多套表冷器末端/混合末端所构成的空调系统。

本发明将理论分析与实际测试相结合，在难以获得空调系统各部件具体结构参数的条件下，提出将未知结构参数集总的空调系统特征识别方法，根据实测数据采用最小二乘法对空调系统各部件的未知模型参数进行特征识别，将其作为表征各部件结构特性的特征参数，并按照空调系统实际运行流程将已求得特征参数的各部件模型进行连接，通过模拟工况相关输入参数对空调系统进行模拟，对实现机组全工况下的节能高效运行具有重要的理论与实际意义。

有益效果：本发明与现有空调系统仿真模拟方法相比，具有以下优点：

现有结构参数缺省条件下的空调系统设备模拟方法，主要通过简化理论模型、基于经验公式或基于拟合公式建立仿真模型，存在精度较低，难以在不同系统中推广或仿真模型需要以大量实测运行数据为基础，实际操作可行性不强的问题。

本发明将理论分析、实际测试与仿真模拟相结合，首先在难以获得空调系统各部件具体结构参数的条件下，提出将未知结构参数集总的特征识别方法，根据实测数据采用最小二乘法对空调系统各部件未知模型参数进行特征识别，得到表征各部件结构特性的特征参数，再按照空调系统实际运行流程将已求得模型参数的各部件模型进行连接，各部件模型的进、出口状态与实际运行类似，最终采用仿真模拟方法将系统运行指标与模拟工况参数一并输入已确定了特征参数的各模型，计算得到空调系统各运行状态参数，可有效地针对空调系统的各个环节进行统一考虑和准确模拟，为实现空调系统的整体节能优化运行及系统优化方案的节能评估提供依据。

附图说明

图1为本发明为求解既有空调系统中各部件特征参数而设置的数据测点布置图。

图2为本发明基于特征识别的空调系统仿真模拟流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

图1为求解既有空调系统中各部件模型参数而设置的数据测点布置图。根据基于参数集总的建模原理，求解冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型以及流体输配管理组力模型的特征参数，需要结合有关实测数据，为此按图1所示布置测点：在压缩机进、出口处分别布置温度及压力传感器，实时检测压缩机吸气温度t_eo、压缩机吸气压力p_e、压缩机排气温度t_ci、压缩机排气压力p_c；在冷凝器进、出口处分别布置温度传感器，实时检测冷凝器进口水温t_wi,c和出口水温t_wo,c；在蒸发器进、出口处分别布置温度传感器，实时检测蒸发器进口水温t_wi,e和出口水温t_wo,e；在冷凝器、蒸发器的出水管上分别布置流量传感器，实时检测冷却水流量m_w,c和冷冻水流量m_w,e；在表冷器进、出口处分别布置温度传感器，实时检测表冷器进口水温t_wi,b和出口水温t_wo,b；测量表冷器进口干球温度t_gi,b、表冷器进口湿球温度t_si,b、表冷器出口干球温度t_go,b、表冷器出口湿球温度t_so,b；在冷却塔进、出口处分别布置温度传感器，实时检测冷却塔进口水温t_wi,t和出口水温t_wo,t；测量冷却塔进口干球温度t_gi,t、冷却塔进口湿球温度t_si,t、冷却塔出口干球温度t_go,t、冷却塔出口湿球温度t_so,t；测量压缩机功率P_in、冷冻水泵功率P_in,dp以及冷却水泵功率P_in,lp；测量冷水机组负荷率ψ、冷冻水泵转速n_dp、冷却水泵转速n_lp。

图2为基于特征识别空调系统仿真模拟流程图，第一步基于集总参数法，将既有空调系统中各部件的未知结构参数进行集总，分别建立空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔的性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型，主要包括：

(1)冷水机组性能预测模型：

a.蒸发器模型在变水量工况下为：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (3)

蒸发器模型在变水温工况下为：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(h_eo-h_ei) (8)

式中，Q_e1、Δt_e1分别为两相区的换热量和换热温差；Q_e2、Δt_e2分别为过热区的换热量和换热温差；m_w,e为冷冻水流量；c_p,w为水的比热；m_r为制冷剂流量；A^＊_e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；x₁为根据不同结构形式蒸发器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B^＊_1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y₁为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C^＊_e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；B^＊_2,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数；y₂为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；Q_e为蒸发器总换热量；t_wi,e，t_wo,e分别为冷冻水进口温度和出口温度；t_w1,e为两相区冷冻水入口温度；h_ei，h_eo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值；t_e为冷水机组蒸发温度；t_eo为压缩机吸气温度，即蒸发器出口制冷剂温度。

b.冷凝器模型在变水量工况下为：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (11)

冷凝器模型在变水温工况下为：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ci-h_co) (16)

式中，Q_c为冷凝器换热量；m_w,c为冷却水流量；t_wi,c，t_wo,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度；h_ci，h_co分别为冷凝器入口焓值和出口的焓值；Δt_c1，Δt_c2，Δt_c3分别为冷凝器过冷区、两相区和过热区的换热温差；A^＊_c为需要确定的冷凝器模型参数；x₂为根据不同结构形式冷凝器的水侧换热系数经验公式得到的常系数；B^＊_1,c为需要确定的冷凝器模型参数；y₃为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；C^＊_c为需要确定的冷凝器模型参数；B^＊_2,c为需要确定的冷凝器模型参数；y₄为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；B^＊_3,c为需要确定的冷凝器模型参数；y₅为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数；t_c为冷水机组冷凝温度；t_co为制冷剂在冷凝器出口的温度；t_w1,c，t_w2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度；t_ci为压缩机排气温度。

c.压缩机模型为：

V_th＝ψV_th0 (22)

式中，m_r为制冷剂的质量流量；λ为输气系数；V_th为压缩机理论输气量；v₁为压缩机吸气比容；ψ为冷水机组负荷率，对于结构形式一定的压缩机，额定工况下的理论输气量为定值，当进行能量调节时，将实际工况下的理论输气量与额定工况下的理论输气量比值定义为冷水机组负荷率，用ψ表示；针对变转速运行压缩机，ψ即为压缩机实际运行转速与额定转速之比；针对变频压缩机，ψ即为压缩机实际运行频率与额定频率之比；V_th0为压缩机额定工况下理论输气量；T_eo为吸气温度；T_ci为排气温度；p_c为冷凝压力；p_e为蒸发压力；k为压缩过程多变指数；P_th为压缩机理论功率；P_in为压缩机实际功率；η_e为压缩机的电能效率；

其中，对于高速、多杠压缩机(n.≥720r/min，C＝3％～4％)输气系数λ可采用下面经验公式：

电能效率η_e表示为：

η_e＝η_i·η_m·η_d·η_mo

式中η_i、η_m、η_d、η_mo分别是压缩机的指示效率、摩擦效率、联轴器传动效率和电机效率。通常取η_e＝0.4～0.55。

d.节流阀模型为：

h_co＝h_ei (26)

t_eo＝t_e+Δt_e (27)

t_co＝t_c-Δt_c (28)

式中，h_co为节流阀入口焓值；h_ei为节流阀出口焓值；Δt_e为过热度；Δt_c为过冷度；

(2)表冷器性能预测模型包括如下表冷器换热量模型、表冷器传热效能模型、表冷器接触系数模型、表冷器传热单元数模型、热容比模型、出风参数模型：

表冷器换热量模型：

Q_b＝m_a,b(h_ai,b-h_ao,b)＝m_w,bc_p,w(t_wo,b-t_wi,b) (29)

表冷器传热效能模型：

表冷器接触系数模型：

表冷器传热单元数模型：

热容比模型：

出风参数模型，在干工况时为：

t_go,b＝t_gi,b-ε_1,b(t_gi,b-t_wi,b) (34)

出风参数模型，在湿工况时为：

t_go,b＝t_gi,b-ε_2,b(t_gi,b-t_b) (36)

t_so,b＝t_go,b-(1-ε_2,b)(t_gi,b-t_si,b) (37)

出风参数模型，在临界工况时，采用上述干工况时、湿工况时的出风参数模型均可；此处临界工况定义为，出风温度正好达到出风空气的露点温度。

式中，Q_b为表冷器换热量；m_a,b为空气质量流量；h_ai,b为空气入口焓值；h_ao,b为空气出口焓值；m_w,b为水流量；t_wi,b，t_wo,b分别为表冷器进口水温和出口水温；ε_1,b为表冷器传热效能；t_gi，t_go分别为空气进口干球温度和出口干球温度；γ为热容比；NTU为表冷器传热单元数；ε_2,b为表冷器接触系数；t_so,b，t_si,b分别为空气出口湿球温度和进口湿球温度；a_o,b为空气侧换热系数；F_b为表冷器总换热面积；c_p,a为空气比热；K_b为表冷器总传热系数；t_Li为空气进口露点温度；

(3)冷却塔性能预测模型，在冷却塔内空气在非饱和状态下时为：

所述冷却塔性能预测模型，在冷却塔内空气在饱和状态下时为：

式中，m_w,t为冷却塔水质量流量；dz为冷却塔填料竖直方向微元长度；β_t为冷却塔传质系数；a为填料比表面积；F_z为冷却塔填料横截面积；X_s,w为水温对应的饱和空气含湿量；X为冷却塔内空气水蒸气质量组分；T_w,t为水温；Le为刘易斯数；c_p,_v为水蒸气定压比热；r₀为水的汽化潜热；T_a,t为冷却塔内空气温度；m_a,t为冷却塔空气质量流量；X_s,_a为饱和空气含湿量；(β_taF_Z)_j为换热过程中的等效值，Me为模型参数，m_wi,t表示入口水流量，H_t表示填料高度；

(4)水泵模型为：

H_p0＝a₀+a₁V₀+a₂V₀² (50)

P_in,p0＝b₀+b₁V₀+b₂V₀² (51)

式中，V₀、H_p0、P_in,p0分别为泵在转速n₀下的流量、扬程与功率，V₁、H_p1、P_in,p1分别为泵在转速n₁下的流量、扬程与功率；a₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂为模型参数。

(5)流体输配管路阻力模型为：

式中，H_f为设备或管路阻力，χ_i为第i段管路沿程阻力系数，l_i为第i段管路长度，d为管路水力直径，ζ_j为第j个管道局部阻力件阻力系数，V为管道体积流量；为模型参数，可由空调系统实测某流量下水泵扬程减去设备总阻力获得其值。

第二步为根据实测数据，分别求解各部件性能预测模型的特征参数。通过图1中空调系统运行时相关测点检测的数据，利用最小二乘法拟合表征各部件结构特性的特征参数。

第三步为按照所仿真模拟空调系统的实际连接关系，将所述空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型进行模拟连接，具体为：实际运行时压缩机出口连接冷凝器入口，模拟时压缩机出口制冷剂状态为冷凝器入口制冷剂状态；实际运行时冷凝器出口连接节流阀入口，模拟时冷凝器出口制冷剂状态为节流阀入口制冷剂状态；实际运行时节流阀出口连接蒸发器入口，模拟时节流阀出口制冷剂状态为蒸发器入口制冷剂状态；实际运行时蒸发器出口连接压缩机入口，模拟时蒸发器出口制冷剂状态为压缩机入口制冷剂状态；实际运行时蒸发器内冷冻水与制冷剂逆流换热，从蒸发器流出的冷冻水进入表冷器内与空气逆流换热，冷冻水从表冷器流出后再进入蒸发器内，模拟时蒸发器出口冷冻水状态为表冷器入口冷冻水状态，表冷器出口冷冻水状态为蒸发器入口冷冻水状态；实际运行时在冷冻水管路中设有冷冻水泵，模拟时冷冻水管路阻力和设备阻力之和等于冷冻水泵扬程；实际运行时冷凝器内冷却水与制冷剂逆流换热，从冷凝器流出的冷却水进入冷却塔内与空气逆流换热，冷却水从冷却塔流出后再进入冷凝器内，模拟时冷凝器出口冷却水状态为冷却塔入口冷却水状态，冷却塔出口冷却水状态为冷凝器入口冷冻水状态；实际运行时在冷却水管路中设有冷却水泵，模拟时冷却水管路阻力和设备阻力之和等于冷却水泵扬程。

第四步为设定以下系统运行指标：冷水机组蒸发温度、冷水机组冷凝温度、表冷器进口冷冻水温和冷却塔进口冷却水温，将所述系统运行指标与模拟工况参数一并输入已在所述步骤一、二中确定了特征参数的各模型，计算得到空调系统各运行状态参数。

具体模拟过程主要包括以下步骤：

1)设定表冷器进口冷冻水温，将其与冷冻水流量、表冷器进口风量、表冷器进口干湿球温度一同输入表冷器性能预测模型，按照下列公式对表冷器出口冷冻水温进行模拟计算，所述表冷器出口冷冻水温即为蒸发器进口冷冻水温；

在干工况时为：

t_go,b＝t_gi,b-ε_1,b(t_gi,b-t_wi,b)

在湿工况时为：

t_go,b＝t_gi,b-ε_2,b(t_gi,b-t_b)

t_so,b＝t_go,b-(1-ε_2,b)(t_gi,b-t_si,b)

设定冷却塔进口冷却水温，将其与冷却水流量、冷却塔进口风量、冷却塔进口干湿球温度一同输入冷却塔性能预测模型，按照下列公式对冷却塔出口冷却水温进行模拟计算，所述冷却塔出口冷却水温即为冷凝器进口冷却水温：

冷却塔内空气在非饱和状态下：

冷却塔内空气在饱和状态下：

2)设定冷水机组蒸发温度和冷凝温度，将其与冷水机组负荷率一同输入压缩机模型，根据常规压缩多变过程计算得到制冷剂流量、排气温度和压缩机电功率，具体计算式为；

制冷剂流量：

排气温度：

压缩机电功率：

3)将设定的冷水机组蒸发温度和冷凝温度，与冷冻水流量、所述步骤2)中得到的制冷剂流量、所述步骤1)中得到的表冷器出口冷冻水温，一同输入蒸发器模型，得到蒸发器进口制冷剂焓值和出口制冷剂焓值，结合制冷剂流量可计算得到蒸发器内制冷剂侧换热量，计算式为：

Q_e＝m_r(h_eo-h_ei)

根据热量守恒方程，利用蒸发器内制冷剂侧换热量等于冷冻水侧换热量计算得到蒸发器出口冷冻水温：

t_wo,e＝t_wi,e-Q_e/m_w,ec_p,w

根据传热基本方程，利用蒸发器总传热量和换热系数计算得到制冷剂和冷冻水的传热温差，所述蒸发器总传热量等于蒸发器内制冷剂侧换热量；

将设定的冷水机组冷凝温度，与冷却水流量、所述步骤2)中得到的排气温度、制冷剂流量、所述步骤1)中得到的冷却塔出口冷却水温，一同输入冷凝器模型，得到冷凝器进口制冷剂焓值和出口制冷剂焓值，结合制冷剂流量可计算得到冷凝器内制冷剂侧换热量，计算式为：

Q_c＝m_r(h_ci-h_co)

根据热量守恒方程，利用冷凝器内制冷剂侧换热量等于冷却水侧换热量计算得到冷凝器出口冷却水温：

t_wo,c＝Q_c/m_w,cc_p,w+t_wi,c

根据传热基本方程，冷凝器总传热量和换热系数计算得到制冷剂和冷却水的传热温差，所述冷凝器总传热量等于冷凝器内制冷剂侧换热量；

4)根据所述步骤1)中得到的蒸发器进口冷冻水温、步骤3)中计算得到的蒸发器出口冷冻水温、蒸发器中制冷剂和冷冻水的传热温差，计算得到冷水机组蒸发器的蒸发温度：

根据所述所述步骤1)中得到的冷凝器进口冷却水温、步骤3)中计算得到的冷凝器出口冷却水温、冷凝器中制冷剂和冷却水的传热温差，计算得到冷水机组冷凝器的冷凝温度：

5)当以下四组条件均成立时，则将蒸发温度、冷凝温度、表冷器进口冷冻水温、表冷器出口冷冻水温、冷凝器进口冷却水温、冷凝器出口冷却水温、压缩机电功率、蒸发器总传热量和冷凝器总传热量作为系统模拟运行参数输出，否则用每组条件中的计算值更新与之比较的设定值，返回步骤1)：

所述步骤1)中设定的表冷器进口冷冻水温与所述步骤3)中计算得到的蒸发器出口冷冻水温相等，所述步骤1)中设定的冷却塔进口冷却水温与步骤3)中计算得到的冷凝器出口冷却水温相等，所述步骤3)中设定的冷水机组蒸发温度与步骤4)中计算得到的蒸发温度相等，所述步骤3)设定的冷水机组冷凝温度与步骤4)中计算得到的冷凝温度相等。

模拟过程流程图如图2所示，图中t_wi,b为表冷器进口冷冻水温，t_wi,t为冷却塔进口冷却水温，t_wo,e为蒸发器出口冷冻水温，t_wo,c为冷凝器出口冷却水温，t_e、t_c分别为假定的冷水机组蒸发温度和冷凝温度，t_e'、t_c'分别为模拟得到的蒸发温度和冷凝温度。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。