CC BY
50
УДК 628.84:142
ВРЕМЕННЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В РЕЖИМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ
И ОСУШЕНИЯ
И.И. Звенигородский, А.С. Жуков, А.П. Чабала
Анализируются временные и частотные характеристики динамической модели процесса кондиционирования воздуха в политропном режиме охлаждения и осушения
Ключевые слова: динамическая модель, временные и частотные характеристики, переходные процессы, политропный процесс
Центральные системы кондиционирования воздуха (ЦСКВ) являются одними из самых энергоемких технических систем инженерного оборудования общественных и производственных зданий и сооружений и обеспечивают
автоматически создаваемые и поддерживаемые оптимальные комфортные или технологические
параметры микроклимата (задача программного управления или стабилизации) [1]. Энергозатраты на процессы кондиционирования воздуха составляют 30% - 50% от суммарного
энергопотребления зданий и сооружений.
Задача синтеза энергоэффективных систем автоматического управления процессами
кондиционирования воздуха в обслуживаемых
помещениях не может быть эффективно решена без анализа переходных процессов объекта управления во временных и частотных областях.
При помощи пакета программ МЛТЬЛБ 7.6.0 и 81шиИпк 7.6.0 [2] для разработанной
динамической модели процесса кондиционирования воздуха в политропных режимах охлаждения и осушения [3], при нулевых начальных условиях и единичных входных воздействиях произведен линейный анализ во временной и частотных областях. Получены переходные и весовые характеристики, логарифмические амплитудные частотные (ЛАЧХ), логарифмические фазовые
частотные характеристики (ЛФЧХ) - диаграммы Боде, амплитудно - фазовые частотные
характеристики (АФЧХ) - диаграммы Найквиста и Николса и карты расположения нулей и полюсов передаточных функций по всем каналам.
Переходные характеристики по каналам: «изменение расхода теплоносителя через калорифер первого подогрева (вход 1) - изменение
влагосодержания1 приточного воздуха, изменение температуры приточного воздуха, изменение
Звенигородский Игорь Иванович - ВАИУ, канд. техн.
наук, доцент, тел. 8-905-654-84-00
Жуков Алексей Сергеевич - ВАИУ, соискатель, тел.
8-910-283-87-49
Чабала Анатолий Петрович - ВАИУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8-919-188-63-77
энтальпии воздуха после калорифера первого подогрева, изменение температуры воды на выходе из камеры орошения (КО) (выходы 1, 2, 3, 4)» представлены на рис. 1.
На примере данных каналов проанализируем временные и частотные характеристики: переходные процессы по исследуемым каналам -апериодические с перерегулированием. Время нарастания неодинаково и соответственно равны:
Ка = 512 с-; 1 нв = 596 с-; 1ні = 451 с-;
Ї = 501 с. Время максимального значения:
^шаха = Сахв = ^шах№ = 1,34 ' 10 с-’
ґтахі = 1,13 • 103 с.
Рис. 1. Переходные характеристики по каналам: «изменение расхода теплоносителя через калорифер первого подогрева - - изменение влагосодержания приточного воздуха, изменение температуры
приточного воздуха, изменение энтальпии воздуха после калорифера первого подогрева, изменение температуры воды на выходе из КО»
Время переходного
1 ^ = 2,38 -103 с.,
г р1 = 2,23 -103 с., г рв = 2,4 • 103 с.
процесса: грв = 2,25 • 103 с.,
= 0,287,
ав = 0,169,
Перерегулирование:
а = 0,304.
Резонансная частота определялась из диаграмм Боде (рис.2): фрё =Фв=®„ = 2,12 • 10-31/с.,
0р1 = 1,67 • 10 3 1/с. Резонансная амплитуда:
Ар, (<э)=-0,274 дБ, Арв(ю) = -2,91 дБ,
Ар1 0) = 0,633 дБ, Ар№ (0) = -16,2 дБ.
Полоса пропускания у каналов «изменение расхода теплоносителя через калорифер первого подогрева - изменение влагосодержания приточного воздуха, изменение температуры приточного воздуха, изменение температуры воды на входе из КО» отсутствует, т.е. исследуемые каналы являются фильтрами всех частот.
Канал «изменение расхода теплоносителя через калорифер первого подогрева - изменение энтальпии воздуха после калорифера первого подогрева имеет очень узкую полосу пропускания
1,14 -10 3 <0п1 < 2,85 -10 3 1/с где происходит
некоторое усиление сигнала, объект обладает значительной инерционностью, частота среза -
= 2,85 • 10-3 1/с.
правые корни - вещественные и имеют координаты (— 9 • 10—4; 0), степень устойчивости - г/ = 9 • 10—4.
Исследуемые каналы устойчивые с большим запасом по коэффициенту усиления и фазе. Устойчивость каналов подтверждают диаграммы Найквиста, представленные на рис. 3.
Аналогичным образом проанализированы все каналы управления и возмущения динамической модели процесса кондиционирования воздуха в политропных процессах охлаждения и осушения: изменение соотношения расходов воздуха, проходящего через дождевое пространство КО и обвод КО»; «изменение соотношения расходов рециркуляционного и наружного воздуха -изменение влагосодержания приточного воздуха, изменение температуры приточного воздуха, изменение энтальпии воздуха после калорифера первого подогрева, изменение температуры воды на выходе из КО»; «изменение расходов теплоносителя через калорифер второго подогрева - изменение влагосодержания приточного воздуха, изменение температуры приточного воздуха, изменение энтальпии воздуха после калорифера первого подогрева, изменение температуры воды на выходе из КО»; «изменение соотношения расходов
рециркуляционной и холодной воды в КО -изменение влагосодержания приточного воздуха, изменение температуры приточного воздуха, изменение энтальпии воздуха после калорифера первого подогрева, изменение температуры воды на входе из КО».
Рис. 2. Диаграммы Боде процесса
кондиционирования воздуха в политропных режимах охлаждения и осушения
Все полюсы и нули исследуемых каналов определялись по карте расположения полюсов и нулей, лежат в левой полуплоскости, крайние
Рис. 3. Диаграммы Найквиста исследуемых каналов процесса кондиционирования воздуха
Таким образом, процесс кондиционирования воздуха в политропных режимах охлаждения и осушения является сложным, многомерным,
стационарным, статическим, с большой инерционностью и устойчивостью, замкнутым многоконтурным с обратными связями объектом управления с переменными коэффициентами усиления и постоянными времени.
Инерционность объекта значительно уменьшается при уменьшении степени рециркуляции, увеличивается перерегулирование в каналах управления калориферами первого и второго подогрева. Объект малочувствителен к возмущающим воздействиям (но более восприимчив к изменениям параметров наружного воздуха, чем к изменениям тепло и влагоизбытков в помещении).
Время переходного процесса по различным каналам различно.
Литература
1. Креслинь А.Я. Оптимизация энергопотребления системами кондиционирования воздуха. Рига, 1982. -155с.
2. Дьяконов В.П. БІМНЬШК 5/6/7. Самоучитель / В.П. Дьяконов. - М.: ДМК-Пресс, 2008. - 784 с.
3. Звенигородский И.И. Динамическая модель процесса кондиционирования воздуха в режимах охлаждения и осушения / И.И Звенигородский, А.С Жуков, А.П. Чабала // Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. 4. № 2. 2011.
Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
TIME AND FREQUENCY CHARACTERISTICS OF DYNAMIC MODEL OF AIR CONDITIONINQ PROCESS IN COOLINQ AND DRYINQ REQIMES
I.I. Zvenigorodsky, A.S. Zhukov, A.P. Chabala
Time and frequency characteristics of dynamic model of air conditioninq process in polytropic coolinq amd dryinq reqimes are analyzed
Key words: dynamic model, time and frequency characteristics, transitional processes, polytropic process
