严寒地区SCECH系统的控制仿真研究

作     者：赵芯蕊 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王岳人

授予年度：2015年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：太阳能 耦合供热 模糊PID控制 控制仿真 

摘      要：在我国严寒地区冬季供暖能量消耗大,供暖方式仍旧采用以常规能源为主的锅炉,不但热利用效率低,而且环境污染严重。我国大部分地区太阳能资源丰富,但是由于太阳能存在分散性、能流密度低、不稳定性,而且难于收集与储存,导致利用太阳能供暖效率较低。所以本文将通过模拟的方式,在系统的多个部分提高太阳能的利用效率,并将控制技术引入到太阳能与常规能源联合供暖(简称SCECH)系统中,使得太阳能能够得到充分的利用。通过查阅资料,对沈阳地区太阳能辐射情况进行理论计算与分析,研究其变化规律与可利用价值:利用对太阳能集热器数学模型,对系统进行模拟分析,确定最优集热管进口流量以及进口温度,提高系统效率;利用对蓄热水箱建立数学模型,对系统进行模拟分析,确定沈阳地区蓄热水箱的容积。综合考虑系统确定太阳能集热器的形式、面积,蓄热水箱的容积以及利用太阳能供暖的末端设备,利用能耗模拟软件Matlab,模拟研究了沈阳地区冬季不采暖时的基础室温以及采暖能耗的动态特性,为联合供暖系统提供了理论支持。通过分析SCECH系统的不同运行工况以及运行条件,确定系统的控制条件。利用Matlab软件,编辑系统的控制语言并使其在Simulink里得到图形化。利用Matlab/Simulink软件建立了太阳能集热器运行自控模块。利用模糊PID对室内温度进行控制调节,使室内温度保持稳定,提高舒适性。根据SCECH系统的控制条件及各子系统的数学模型,利用Matlab/Simulink软件建立各子系统的仿真模型并对子系统进行仿真分析。通过对各子系统进行组合封装建立了耦合供热系统的仿真模型。分别分析了耦合供热系统在采暖初期、采暖中期以及采暖末期运行时的动态特性。采暖初期集热器效率为41.6%,集热器的有效集热量占建筑热负荷的百分比为71.58%,水箱的供热效率为14.0%。中期集热器的集热率为25.6%,集热器的有效集热量占建筑热负荷的百分比为6.58%,水箱供热率为2.89%。末期集热器的集热率为50.7%,集热器的有效集热量占建筑热负荷的百分比为78.37%水箱供热率为20.36%。在采暖季集热器效率为37.56%,集热器的有效集热量占建筑热负荷的百分比为51.17%,水箱的供热率为11.20%。