以TRNSYS 为平台的集中空调水系统数字仿真器的建立

### 以TRNSYS为平台的集中空调水系统数字仿真器的建立 #### 摘要 本篇文章探讨了如何利用TRNSYS平台构建适用于优化控制研究的集中空调水系统数字仿真器。文章不仅深入介绍了TRNSYS平台本身，还讨论了用户DECK文件的编写方法、组件模型之间的连接方式、仿真过程中的迭代计算收敛问题、数据文件的输入方法以及仿真器的调试等关键步骤。通过这些步骤，构建出的数字仿真器可以在经过验证后用于实际的仿真研究。 #### 关键词 TRNSYS, 集中空调, 水系统, 数字仿真器 #### 0 引言 随着科技的进步和计算能力的提升，数字仿真技术已经成为空调研究领域的核心工具之一。数字仿真器可以模拟实际空调系统的动态响应，这对于研究系统的能耗特性、控制策略等方面具有重要意义。其中，TRNSYS是一种被广泛应用于建筑能源系统仿真的软件平台，它不仅可以模拟系统的能量特性，还能精确地模拟系统的控制特性。本文将以TRNSYS为平台，详细介绍如何构建一个适用于优化控制研究的集中空调水系统数字仿真器。 #### 1 仿真对象的确立 选取了一个实际的大楼作为研究对象。该大楼总面积达74000平方米，配备了5台相同规格的离心式冷水机组（4用1备），每台机组的设计冷量为3100kW；冷却塔方面，采用了4台相同大小的冷却塔，每台冷却塔内含有2台风扇，并可通过调节风扇的高低挡转速来控制风量。此外，冷水侧采用了二次变频泵系统。大楼共分为5个不同的使用区域，每个区域配备了一台空气处理单元（AHU）。 #### 2 TRNSYS平台介绍 TRNSYS是一款功能强大的动态建筑能源系统仿真软件，能够模拟复杂的热力学过程，支持多种建筑系统的建模，包括但不限于供暖、通风、空调等。其核心优势在于能够进行高精度的动态仿真，并且提供了丰富的组件库供用户选择。TRNSYS的仿真流程主要包括定义系统组件、连接组件、设置边界条件、定义控制逻辑、执行仿真以及结果分析等多个步骤。 #### 3 DECK文件的编写 在TRNSYS中，用户可以通过编写DECK文件来定义系统组件的连接方式和控制逻辑。DECK文件是一种文本格式的文件，包含了仿真过程中所需的所有信息。编写DECK文件时需要注意以下几点： - **组件定义**：首先需要定义系统中的各个组件，包括冷水机组、冷却塔、水泵等。 - **连接方式**：明确各个组件之间的连接关系，确保水流和能量的传递符合实际情况。 - **控制逻辑**：设定系统中的传感器、直接数字控制器（DDC）、执行机构等控制部件的工作逻辑。 - **数据输入**：输入系统运行所需的初始条件和边界条件，例如室外气温、室内负荷等。 - **调试与验证**：通过逐步调整参数和检查计算结果，确保仿真模型能够准确反映实际系统的运行状况。 #### 4 组件模型的连接 在TRNSYS中，组件模型的连接是实现系统仿真不可或缺的一部分。正确的连接方式可以确保系统中的物质和能量守恒，从而提高仿真的准确性。连接组件时需要注意以下几点： - **物质守恒**：确保流入和流出系统的物质量保持平衡。 - **能量守恒**：考虑系统的热力学过程，确保能量的输入与输出相匹配。 - **压力平衡**：对于流体系统而言，确保各点的压力值符合物理定律。 #### 5 仿真迭代计算收敛 在TRNSYS中进行仿真时，往往需要通过迭代计算来求解非线性方程组，以确保系统达到稳定状态。为了提高仿真的效率和准确性，需要注意以下几点： - **初始值设定**：合理设定初始值可以帮助算法更快地收敛。 - **收敛准则**：设定合理的收敛准则，以避免计算陷入无限循环。 - **时间步长**：根据系统特性和仿真需求调整时间步长，以平衡计算精度和效率。 #### 6 数据文件输入 为了使仿真器能够准确反映实际系统的运行状况，必须输入相关的数据文件。这些数据文件通常包括： - **气象数据**：用于模拟不同天气条件下系统的响应。 - **负荷数据**：根据建筑的实际使用情况输入负荷数据。 - **设备性能数据**：冷水机组、冷却塔、水泵等设备的技术参数。 #### 7 仿真器调试 构建完仿真器后，还需要对其进行调试和验证，以确保其能够准确地模拟实际系统的运行状况。调试阶段主要包括以下几个方面： - **模型验证**：对比仿真结果与实际测量数据，确保模型的准确性。 - **敏感度分析**：测试不同参数变化对系统性能的影响。 - **故障模拟**：模拟系统在故障条件下的行为，评估系统的鲁棒性。 #### 结论 利用TRNSYS平台构建适用于优化控制研究的集中空调水系统数字仿真器是一项复杂但极具价值的任务。通过对DECK文件的编写、组件模型的连接、仿真迭代计算的收敛、数据文件的输入以及仿真器的调试等步骤的细致讨论，可以有效地构建出能够准确反映实际系统动态特性的数字仿真器。这种仿真器不仅能够帮助研究人员更好地理解系统的运行机制，还能够在优化控制策略、节能改造等方面发挥重要作用。