Simulink环境下中央空调末端计费系统的仿真研究

　　随着楼宇自动化(BAS)的不断普及,对于使用中央空调的商务办公建筑,采用一套合理的分户计量系统,不仅有利于物业管理,而且会为用户提供一个公正、合理、科学的收费依据,更有利于增强用户的节能意识,减少能量的浪费,同时适应办公自动化发展的需求。现行的空调计费系统[1-4]只注重消费计量,而未升华到建筑能耗在线监察、审计及节能的诉求,造成计量目的的错位、设计思维的残缺、收费单价的混乱[5]等诸方面问题。

　　笔者拟通过Simulink动态系统仿真工具,针对中央空调末端计费系统,搭建仿真平台,建立直观快捷的过程实验模型,获得可视化的仿真结果。MATLAB/Simulink动态系统建模仿真软件包[6-7],为末端计量计费动态特性研究提供了初步研究依据,具有实际的应用价值和指导意义,为设计更好的计量计费系统提供一种方法。

　　1 建立末端分户计量系统仿真模块

　　建立空调末端计费的仿真平台,涉及到空调系统的主要部件有:空调房间模块、末端时间计量模块、能量计量模块、计费单价模块。建模思路如下:¹根据部件的物理意义建立数学模型;º在Simulink中实现数学模型;»采用Simulink的子系统封装技术,将部件模块化,以便搭建仿真平台使用[7]。

　　1. 1 空调房间数学模型推导

　　建立数学模型前先做如下简化:

　　①室内气流分布均匀;

　　②空气密度、比热容为定值。

　　根据能量守恒原理得到房间热平衡数学表达式:

　　式中:Q(t)为负荷(W);k1为流量比例系数(J/(m3#e));k2为房间体积比例系数(J/(m3#e));$t为进出水温差(e);q(t)为体积流量(m3/s); du/dt为室内负荷变化(W);hin和hout分别为进、出水焓值(J/kg);V为房间体积(m3);Tin和Tout分别为进、出水温度(e);Qp为水的密度(kg/m3);cp为水的比热容(J/(kg#e));Qa为空气密度(kg/m3);ca为空气比热容(J/(kg#e));mc为质量流量(kg/s); dTroom/dt为室内温度变化率。

　　1. 2 空调房间时间当量计量数学模型推导

　　时间当量计量:将采集器与风机盘管的温控器上三速开关相连接,在获得电动二通阀开通信号的同时,获得用户使用的高中低档的状况信号,经A/D转换成数字信号送至中央空调管理系统中,经程序计算,输出空调时间当量。同时进行数据存储、管理,以此为依据对末端设备进行计费。

　　1. 3 能量计量数学模型推导

　　能量计量:采集器对供回水管一对温度传感器及一只流量传感器进行信号采集。送出的信号经A/D转换成数字信号,与流量传感器送经计数器的频率信号一同送至中央空调管理系统。经程序运算后输出冷量值,同时进行数据存储,为冷量收费提供依据。