阅读说明：本技术 一种基于cfd技术降低空调能耗的方法 (Method for reducing energy consumption of air conditioner based on CFD technology ) 是由 张熠 李杨 秦园莉 冯玉龙 赵宁宁 杨国龙 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及离合器领域,具体为一种基于CFD技术降低空调能耗的方法,包括信号输入模块,控制器和信号接收模块、SMITH预估控制算法和CFD软件模拟系统；信号输入模块：设定输入值,并向控制器发出控制指令；控制器：将信号输入模块输出的控制指令进行传递,并最终传递至信号接收模块；信号接收模块：将控制器传递的控制指令接收,并向空调控制器下达控制指令,调控空调设备；SMITH预估控制算法：包括SMITH预估器,SMITH预估器在向信号接收模块发送补偿信号指令；CFD软件模拟系统：通过流体力学实现流速、构建CFD数据化模型,本发明可以在工程建设前直观的测试出建筑耗能对空调能源消耗的影响,从而优化建筑设计,减小建筑耗能,通常可以降低空调能耗5-10％左右。(The invention relates to the field of clutches, in particular to a method for reducing energy consumption of an air conditioner based on a CFD (computational fluid dynamics) technology, which comprises a signal input module, a controller, a signal receiving module, an SMITH (SMITH prediction control algorithm) and a CFD software simulation system, wherein the signal input module is connected with the controller; a signal input module: setting an input value and sending a control instruction to a controller; a controller: transmitting the control instruction output by the signal input module, and finally transmitting the control instruction to the signal receiving module; a signal receiving module: receiving a control instruction transmitted by the controller, issuing the control instruction to the air conditioner controller, and regulating and controlling the air conditioning equipment; SMITH estimation control algorithm: the SMITH predictor sends a compensation signal instruction to the signal receiving module; CFD software simulation system: the invention can visually test the influence of building energy consumption on air conditioner energy consumption before engineering construction by realizing flow velocity and constructing a CFD (computational fluid dynamics) data model through hydrodynamics, thereby optimizing building design, reducing building energy consumption and generally reducing the air conditioner energy consumption by about 5-10%.)

一种基于CFD技术降低空调能耗的方法

技术领域

本发明涉及节能技术领域，具体为一种基于CFD技术降低空调能耗的方法。

背景技术

在大型建筑中，由于设计、材料等各方面原因，能源浪费巨大，建筑能耗具有很大的节能空间，其中中央空调的能耗往往占到一半以上，中央空调普遍存在能源浪费问题，具有很大的节能潜力。

中央空调的能耗利用效率低下，目前，有以下几个主要问题值得关注：

一是中央空调的系统变量众多、部件众多、子系统众多，各个子系统之间存在互相影响关系，系统的设计也不能以平均负荷需求为准，一般要有关于某些极端气象条件的考量，但是这种理想状态出现的几率低，因此中央空调系统实时运行时，总是运行在部分负荷条件下，负荷率过低造成中央空调系统能耗浪费现象。

二是中央空调运行策略不合理，能耗的产生由人为不合理的设定导致，大多数的中央空调系统缺乏有效的控制手段，没有依据仪器、空调运行参数以及相关运行条件来制定启动策略。

三是中央空调控制系统薄弱，中央空调系统变量众多，系统复杂度高，缺乏一套精细化、合理的自控系统，这些控制系统的设计往往无法提供实时运行情况，用户端的制冷效果无法及时掌握。

为此我们提出了一种基于CFD技术降低空调能耗的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CFD技术降低空调能耗的方法，包括信号输入模块，控制器和信号接收模块、SMITH预估控制算法和CFD软件模拟系统；

所述信号输入模块：设定输入值，并向控制器发出控制指令；

所述控制器：将信号输入模块输出的控制指令进行传递，并最终传递至信号接收模块；

所述信号接收模块：将控制器传递的控制指令接收，并向空调控制器下达控制指令，调控空调设备；

所述SMITH预估控制算法：包括SMITH预估器，所述SMITH预估器在向信号接收模块发送补偿信号指令；

所述CFD软件模拟系统：通过流体力学实现流速、构建CFD数据化模型。

优选的：所述输入模块的输出端连接有控制器的输入端，所述控制器的输出端连接有所述的信号接收模块的输入端。

优选的：所述控制器与所述SMITH预估器并联。

优选的：所述SMITH预估器的输入端连接有信号输入模块，所述SMITH预估器的输出端连接有信号输出模块。

优选的：所述SMITM预估器的输入端还连接有CFD软件模拟系统的输出端。

优选的：所述CFD的数据化模型的建立分为以下步骤：

S1：前处理，建立数学物理；

S2：求解器，确定CFD方法的控制方程，选择离散方法进行离散，选用数值计算方法和输入相关参数；

S3：后处理，速度场、温度场、压力场及其他参数的计算机可视化及动画处理。

优选的：所述几何模型参数选取为通风空调房间气流阻止参数、建筑外环境分析参数和室内空气品质参数。

优选的：所述CFD方法的控制方程至包括质量守恒方程，能量守恒方程和动量守恒方程。

SMITH预估控制算法一种针对纯滞后系统设计的控制策略，而滞后是指一个事物的出现或发展比预计的时间晚，或比相关联的其他事物的出现或发展晚。滞后有因停滞或阻滞而落后的意思；

CFD即计算流体动力学，CFD是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉科学，它是将流体力学的控制方程中积分、微分项近似地表示为离散的代数形式，使其成为代数方程组，然后通过计算机求解这些离散的代数方程组，获得离散的时间/空间点上的数值解。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过CFD技术可以通过数学方程模型的建立，对比流速，温度和压力等多方面因素影响，可以在工程建设前直观的测试出建筑耗能对空调能源消耗的影响，从而优化建筑设计，减小建筑耗能；而CFD的可视化模型可以使建筑能耗的结果通过方程快速运算，提高了建筑设计的效率，通过CFD模拟技术和算法优化方案，通常可以降低空调能耗5-10％左右。

附图说明

图1为本发明一种基于CFD技术降低空调能耗的方法流程示意图；

图2为SMITH预估控制算法图；

图3为CFD技术与SMITH预估控制算法结合示意图。

图中：R、设定值；G(s)、对象不包含纯滞后部分的传递函数；e^-rs、对象纯滞留后部分的传递函数。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，图为本发明中一优选实施方式，一种基于CFD技术降低空调能耗的方法，包括信号输入模块，控制器和信号接收模块、SMITH预估控制算法和CFD软件模拟系统；

所述信号输入模块：设定输入值，并向控制器发出控制指令；

所述控制器：将信号输入模块输出的控制指令进行传递，并最终传递至信号接收模块；

所述信号接收模块：将控制器传递的控制指令接收，并向空调控制器下达控制指令，调控空调设备；

所述SMITH预估控制算法：包括SMITH预估器，所述SMITH预估器在向信号接收模块发送补偿信号指令；

所述CFD软件模拟系统：通过流体力学实现流速、构建CFD数据化模型。

所述输入模块的输出端连接有控制器的输入端，所述控制器的输出端连接有所述的信号接收模块的输入端，所述控制器与所述SMITH预估器并联，所述SMITH预估器向所述信号接收模块输入补偿参数指令，从而使信号接收模块按照最为接近的设定值工作。

所述SMITH预估器的输入端连接有信号输入模块，所述SMITH预估器的输出端连接有信号输出模块，所述SMITM预估器的输入端还连接有CFD软件模拟系统的输出端；通过CFD的数据化模型建立，优化计算方式，使SMITM预估算法所输入的补偿值更加精准，从而使实际输出值更加接近设定值，从而减小能源的消耗。

所述CFD的数据化模型的建立分为以下步骤：S1：前处理，建立数学物理；S2：求解器，确定CFD方法的控制方程，选择离散方法进行离散，选用数值计算方法和输入相关参数；S3：后处理，速度场、温度场、压力场及其他参数的计算机可视化及动画处理，所述几何模型参数选取为通风空调房间气流阻止参数、建筑外环境分析参数和室内空气品质参数，所述CFD方法的控制方程至包括质量守恒方程，能量守恒方程和动量守恒方程。

本发明的工作流程及原理：使用者通过通风空调房间气流阻止参数、建筑外环境分析参数和室内空气品质参数，以及压强，流速和温度等，配合CFD方法的控制方程，即质量守恒方程，能量守恒方程和动量守恒方程，构建出CFD的数据化可视模型，将预先设计的房屋参数以及环境参数输入CFD的数据化可视模型的优化算法中，计算出最优选的能源损耗补偿值，并通过SMITH预估器将补偿值输入数据接收模块，从而最终的实际预估值较为接近设定值，从而判断出改建筑设计的建筑能耗是否较高，从而优选出建筑能耗最优方案，通过CFD模拟技术和算法优化方案，通常可以降低空调能耗5-10％左右。

以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。