CN109545022A - 能源替代技术的独立新风实训***及其控制和计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能源替代技术的独立新风实训***，包括新风***，为室内提供满足需求的新风，还包括光伏发电***，为新风***提供电能；以及光热***，为新风***提供热能。还公开了该***的控制方法和计算方法。本发明使用太阳能取代传统能源。除极端情况下，本***所需电能由光伏发电***提供，所需热能由光热***提供，***不需外部能源即可实现实验实训教学及研究开发的功能。在极端情况下，可以使用备用电源对***进行供电。本***也可以使用模拟光源来完成实验实训教学及研究开发工作。设计了ADRC来实现***的双元精准控制，同时涉及***控制方法，将室内温湿度控制在较高的精度范围内，满足了室内较高的热舒适度的需求。
Description
技术领域
本发明涉及教学设备制造技术领域，特别是涉及一种能源替代技术的独立新风实训***及其控制方法和计算方法。
背景技术
我国提出建设现代能源体系，深入推进能源革命，着力推动能源生产利用方式变革，优化能源供给结构，提高能源利用效率。我国同时提出推动京津冀协同发展。众所周知，京津冀地区面临着较为严重的环境污染问题，雾霾这个话题已经成为人民群众关心的热点话题。由此减轻室内污染排放与提高内空气品质是解决雾霾问题的主要途径，也是人民群众的热切期盼。
因此，应用技术型本科院校能源专业的发展对于解决上述问题至关重要。而各类院校无论是高职阶还是本科阶段，能源类专业实验实训教学设备种类较少，现阶段主要以传统的实验设备和计算机虚拟仿真为主，这样就严重影响了能源类专业的发展及其人才的培养。因此开发面向能源类专业，集节能技术、新能源技术于一体的，能实现不同课程需求的实验实训***对于应用技术型教育尤为重要。
在现有的能源类实验实训设备中：光伏发电实验实训设备有一定的数量，其主要是测量光伏***的伏安特性曲线，逆变器特性，并网性能，发电特性等；光热实验实训设备较少，市面现有的实验实训设备几乎用于热水***的测试，平板型集热器的测试，热量的转换实验研究等；新风***实验实训设备一般主要是风***，用于测试建筑空调***的风量，送风温湿度，并计算节能量等。而对于本发明提出的能源替代技术的独立新风实训***是没有相关的实验实训***。
无论是光伏发电***、光热***还是独立新风***都是节能减排的重要方法。进而将其结合在一起形成的新型实验实训***是能源类专业实验实训课程所急需的综合类实验实训设备。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种能源替代技术的独立新风实训***及其控制方法和计算方法，更适用于能源类专业学生日常的实验实训教学与研发，在没有任何外接电源的情况下可用于实际独立新风实验实训***。本发明提出的实验实训***可满足能源类专业多种类型的实验实训教学。
本发明提出的第一个技术方案是能源替代技术的独立新风实训***，包括新风***，为室内提供满足需求的新风，还包括光伏发电***，为新风***提供电能；以及光热***，为新风***提供热能；
所述新风***包括模拟室内空间(18)，室外新风通过直接膨胀式空调机组(16)及其制冷***进行冷却与除湿后经过由光热***提供热量的再热器(17)进行加热，然后与经过风机盘管单元(21)处理的回风进行混合，最终将处理后的新风(12)送入模拟室内空间(18)；
所述光伏发电***包括用于电流、电压的监测的电流传感器和电压传感器，通过监测数据判定***是否正常运行，同时实现电流和电压的数据采集；多功能电表a(7)用于计算光伏发电的能量供给并与控制器(9)进行数据通信，通过多功能电表a(7)完成能量采集与转换；控制器(9)控制电子式膨胀阀(13)的开度和压缩机(15)的频率，以满足室内温湿度的需求；
所述光热***包括太阳能集热器(22)，太阳能集热器(22)将太阳能转换成热能，热能用于加热水箱(29)中的水，由集热水泵(27)提供循环动力，将采集的热能存储于水箱(29)中；通过供热水泵(32)进行热水循环，从而新风***提供再热热量；控制器(9)采集室内温湿度信号，根据温湿度设定值，控制供热回路上的电动调节阀(34)的开度；水箱(29)中安装有液位计(30)，控制器(9)通过液位信号决定是否需要补水。
所述太阳能集热器(22)的热源由太阳能替代实际光源或模拟光源(1)。
采用双元精准控制，即：两套控制***配合使用：其中一套控制***通过控制独立新风***的电子式膨胀阀(13)和压缩机(15)的频率来实现对***的粗控制，进而初步控制与调节；另外一套控制***可以通过控制光热***的电动调节阀(34)的开度来调节所供给再热器(17)的热量以实现对***的精控制；两套***同时由控制器进行控制，将温度与湿度控制的精准范围内。
所述控制器(9)为自抗扰控制器，所述控制器(9)留有扩展模块，为后续的扩展实验与研发提供基础。
所述控制器(9)的电能由光伏发电***提供，在太阳能充足的地区，实现长期的自供电离网可靠运行。
本发明的第二个技术方案是能源替代技术的独立新风实训***的控制方法，包括如下步骤:
步骤1)：***开始，所有参数与设备初始化，运行能源替代技术的独立新风实训***，设置室内温度，控制器(9)读取室内温度；
步骤2)：控制器(9)判断室内温度是否高于室内设定温度，如果高于室内设定温度则进行步骤3)，如果低于室内设定温度则进行步骤4)；
步骤3)：增大电子式膨胀阀(13)的开度并调节压缩机(15)频率，进而判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)；
步骤4)：控制器(9)判断室内温度是否低于室内设定温度，如果低于室内设定温度则进行步骤5)，如果不低于室内设定温度则进行步骤6)；
步骤5)：减小电子式膨胀阀(13)的开度并调节压缩机(15)频率，进而判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)；
步骤6)、控制器(9)判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)；
步骤7)、改变光热***电动调节阀(34)的开度并且使室温保持在设定范围内，进而进行步骤8)；
步骤8)、能源替代技术的独立新风实训***运行于精准控制条件下；控制器(9)继续***监测并判断***是否继续运行，如果继续运行则返回步骤1)，如果不继续运行则停止***运行并结束。
本发明的第三个技术方案是能源替代技术的独立新风实训***热量平衡的计算方法，热量平衡计算式如下：
QFAU(j)+QFAS(j)+QDX(j)+QSH(j)＝0 (1)
其中：
QFAU(j)是j时刻风机盘管提供的冷量，kW；
QFAS(j)是j时刻新风所需要的冷量，kW；
QDX(j)是j时刻直接膨胀式空调机组16所提供的冷量，kW；
QSH(j)是j时刻光热***所提供的再热热量，kW；
j是时间，分钟；
风机盘管所提供的冷量、直接膨胀式空调机组所提供的冷量都是由光伏发电***提供电能，通过控制***采集并计算得出；
光热***所提供的再热热量通过控制***采集并计算得出；
由此，通过上述热量平衡计算式计算出新风所需的冷量，同时计算出新风的送风温度、湿度和焓值；
***运行过程中必须始终满足以下计算式：
tR>t2(j) (2)
twR>tw2(j) (3)
其中：
tR是室内空间设定干球温度，℃；
twR是室内空间设定湿球温度，℃；
tw2(j)是j时刻2点湿球温度，℃；
t2(j)是j时刻2点干球温度，℃。
本发明控制器将实时采集数据、比较数据，进而通过所述热量平衡计算式进行计算与分析完成包括数据采集、数据分析、科学计算在内的实验测试和实训操作。
有益效果：本发明的***将光伏发电***、光热***和独立新风***相结合形成综合性的实训***，具体表现如下：
1、使用太阳能取代传统能源。除极端情况下，本***所需电能由光伏发电***提供，所需热能由光热***提供，***不需外部能源即可实现实验实训教学及研究开发的功能。在极端情况下，可以使用备用电源对***进行供电。本***也可以使用模拟光源来完成实验实训教学及研究开发工作。
2、本发明设计了ADRC来实现***的双元精准控制，同时涉及***控制方法，将室内温湿度控制在较高的精度范围内，满足了室内较高的热舒适度的需求，本***可以完成控制器实验测试与实际控制***的安装、运行与调试。
3、本发明涉及***计算方法，可以精准计算***所需的冷量和热量，可以完成独立新风***的数值模拟与计算等。
4、本发明***具有模块化、可拆卸等特点。可用于光伏发电***、光热***和独立新风***的安装、调试、运行、维护、测试、计算与数值模拟。学生可自主设计水***、风***、电气***和控制***并且完成连接。
5、本发明***具有控制功能及数据采集功能，学生可自主设计控制***也可以使用其他控制原理对***进行控制。
6、本发明***使用工程型器件，完全体现实际光伏***、光热***和独立新风***，可以用于***的演示与教学过程，便于学生整体熟识实际工程中的光伏***、光热***和独立新风***。
7、本发明***还可以应用于能源类专业的实验实训教学及研究开发，是一套集实验测试、实训操作、科研开发于一体的实验实训***，可以实现的实验实训举例如下：
1)太阳能阵列能量转换实验；
2)太阳能离网发电***实验；
3)太阳能蓄电池存储实验；
4)离网逆变器研究实验；
5)太阳能发电***负载特性实验；
6)监控运行设计实验；
7)电能质量检测实验；
8)太阳能集热能量转换原理实验；
9)太阳能集热器特性测试实验；
10)环境对光热转换的影响实验；
11)新风***实验与测试；
12)***性能指标实验；
13)控制器的开发与测试；
14)电气控制***安装、运行、调试实验实训；
15)控制器编程实验实训；
16)科学研究与开发。
附图说明
图1为本发明的***流程图。
图2为本发明的精准控制流程图。
图3为本发明的精准控制框图：(a)室内温湿度精准控制；(b)水箱中液位控制
附图标记：1-实际光源或模拟光源，2-太阳能阵列，3-直流稳压电源，4-蓄电池，5-逆变器，6-充电器，7-多功能电表a，8-备用电源，9-控制器，10-多功能电表b，11-多功能电表c，12-新风，13-电子式膨胀阀，14-冷凝器，15-压缩机，16-直接膨胀式空调机组，17-再热器，18-模拟室内空间，19-室内温湿度传感器，20-风管，21-风机盘管单元，22-太阳能集热器，23-温度传感器a，24-温度传感器b，25-排气管，26-供水电磁阀，27-集热水泵，28-排污阀，29-水箱，30-液位计，31-电加热器，32-供热水泵，33-流量计a，34-电动调节阀，35-温度传感器c，36-温度传感器d,37-流量计b，38-混合箱。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明能源替代技术的独立新风实训***由光伏发电实验实训***，光热实验实训***，独立新风实验实训***组成。电能全部由光伏发电***提供，热能全部由光热***提供。除去极端情况，本***可实现零能耗。能源替代技术的独立新风实训***的设备包括实际光源或模拟光源1、太阳能阵列2、直流稳压电源3、蓄电池4、逆变器5、充电器6、控制器9、太阳能集热器22、水箱29、集热水泵27、供热水泵32排气管25、温度传感器a23、b24、c35和c36、流量计a33和b37、液位计30、室内温湿度传感器19、多功能电表a7、b10和c11、电动调节阀34、排污阀28、供水电磁阀26、直接膨胀式空调机组16、压缩机15、冷凝器14、电子式膨胀阀13、风机盘管单元21、模拟室内空间18、风管20等。
太阳能阵列2将太阳能(实际光源或模拟光源1)转换成电能，太阳能阵列2与直流稳压电源3之间的线路上连接有直流断路器K1和直流接触器KM1，并且并联一个直流电压传感器V1；直流稳压电源3与逆变器5之间的线路串联有直流电流传感器A1、直流电流传感器A2、直流断路器K2和直流接触器KM2；蓄电池4的输入端并联直流电压传感器V2，蓄电池4为***提供48V和24V电压；备用电源8经过交流断路器K4和、交流接触器KM4、充电器6与蓄电池4连接；逆变器5与多功能电表a7之间的线路上连接有交流电流传感器A3、交流电压传感器V3；多功能电表a7与控制器9之间的线路上连接有交流断路器K3、交流接触器KM3；备用电源8经过交流断路器K5和交流接触器KM5与控制器9连接；经过控制器9后与所需用电设备相连接，并可以实现控制功能。逆变器5将直流电转换成交流电后为整个能源替代技术的独立新风实训***供电。太阳能阵列2发电的同时为蓄电池4充电，光伏***和蓄电池4可以为本发明所述的***提供直流电用于***控制及数据传输。
为防止产生光伏发电***无法提供电能的极端情况，光伏发电***设置备用电源8可以直接为本发明所述的***供电，也可以通过充电器6为蓄电池4充电，保证蓄电池4的使用寿命，还可以为***提供直流电用于控制及数据传输。
整个光伏发电***安装有多个断路器、接触器、熔断器可实现自动控制、手动控制、远程控制、模块化实验实训教学与分析等。电流传感器和电压传感器用于电流电压的监测，通过监测数据判定***是否正常运行，同时可以实现电流和电压的数据采集等实验实训教学。多功能电表a7用于计算光伏发电的能量供给并与控制器9进行数据通信，可通过多功能电表a7完成能量采集与转换等实验实训环节。
除去极端情况下，光伏发电***为本发明所述***提供电能。实际光源或者模拟光源经过太阳能阵列2将太阳能转换为光能。随后，通过直流稳压电源3将不稳恒电压转换成直流电并连接逆变器5。逆变器5输出220V交流电通过多功能电表a7监测后为***提供AC220V电源。蓄电池4并联在直流稳压电源3出口处，同直流电源并联供电，光伏发电***可以对蓄电池4进行充电。蓄电池4和太阳能电池阵列可以为控制***提供48VDC和24VDC电源。极端情况下，220V市电可以作为备用电源8通过充电器6，将交流电转换成直流电直接为蓄电池4充电或者直接为***供电。在实验实训情况下，可以使用模拟光源取代太阳能实现光伏发电***。KM1～KM2是直流接触器，用于控制器9控制供电回路的通断，相应的K1～K2是直流断路器，用于手动断开供电回路。KM3～KM5是交流接触器，用于控制器9控制所在供电回路的通断，相应的K3～K5是交流断路器，用于手动断开供电回路。在逆变器5入口处和出口处安装有熔断器进行短路保护、过流保护、过压保护和过载保护。V1和V2是直流电压传感器，分别检测太阳能电池板输出电压和蓄电池4输入电压，V3是交流电压传感器，用于检测逆变器5的输出电压。A1和A2是直流电流传感器，分别检测直流稳压电源3的输出电流和逆变器5输入电流，A3是交流电流传感器，用于检测逆变器的输出电流。通过使用接触器和断路器来控制光伏发电***的通断，通过使用电流传感器、电压传感器和多功能电表a7来采集数据进而计算光伏发电***的发电量，最终由控制器9采集所测得和所计算到的数据，同时可以实现相互之间的通信。由此可以完成光伏发电***安装、运行与调试等实验实训教学，光伏发电***的电流、电压、电量采集实验和***电能计算与电能质量分析等实验。
太阳能集热器22的集热进水管和集热回水管分别与水箱29连通，集热进水管上设有排气管25和温度传感器a23，集热回水管上安装有温度传感器b24、流量计33以及集热水泵27；水箱29另一侧连接有供热进水管和供热回水管，供热进水管和供热回水管分别与再热器17的两端连接，供热进水管上安装有供热水泵32、电动调节阀34、流量计b37、温度传感器c35，供热回水管上安装温度传感器d36。
太阳能集热器22将太阳能(实际光源或模拟光源1)转换成热能。热能用于加热水箱29中的水，由集热水泵27提供循环动力，将采集的热能存储于水箱29中。
水箱29的另一个回路是通过供热水泵32进行热水循环，从而为能源替代技术的独立新风实训***提供再热热量。控制器9采集室内温湿度信号，根据温湿度设定值，控制供热回路上的电动调节阀34的开度。
集热回路和供热回路分别装有温度传感器a23、b24、c35和c36和流量计a33和b37，用于温度、流量和能量数据的采集和监控。水箱29中安装有液位计30，控制器9通过液位信号决定是否需要补水。
所有温度传感器、流量计都与控制器9进行通信，可用完成光热实验实训环节。此外，可以通过手动和自动两种控制方法控制水泵的启停，可以完成水泵启停的实验实训环节。
除去极端情况下，光热***为本发明所述***提供热能。实际光源或者模拟光源经过太阳能集热器22将太阳能转换为热能。集热水泵27提供集热回路的循环动力。集热回路上还安装有排气管25、流量计a33、温度传感器a23和温度传感器b24，排气管25用于排气泄压，流量计a33、温度传感器a23和温度传感器b24通过控制器9采集集热水流的流量和集热器的进出水温度，进而计算并得到集热热量，实现了光热***的集热回路。***的热量经集热回路储存于水箱29中，水箱29中的热量通过供热水泵32继续传递。供热回路上还安装有电动调节阀34、流量计b37、温度传感器c35和温度传感器d36。电动调节阀34接受控制器9指令进行开度控制，实现温湿度精准控制。流量计b37、温度传感器c35和温度传感器d36通过控制器9采集供热热水的流量和进出水温度，进而计算并得到供给独立新风***的再热器17的热量。由此，控制器9采集所测得和所计算到的数据，并且可以实现相互之间的通信。水箱29中还安装有液位计30、供水电磁阀26、排污阀28和电加热器31。控制器9会实时采集水箱29液位数据，当液位过低时会自动开启供水电磁阀26进行补水。排污阀28是手动阀门，需要定期打开排除水箱29污垢和沉积。极端情况下，220V市电可以作为备用电源8为电加热器31提供电源，进而为光热***提供热能。在实验实训情况下，可以使用模拟光源取代太阳能实现光热***供热。由此可以完成光热***安装、运行与调试等实验实训教学，以及光热***性能测试，热量计算，集热器性能分析等实验。
独立新风***主要为室内提供满足需求的新风，以达到室内热舒适度的要求，实现新风***的实验实训教学。室外新风12通过直接膨胀式空调机组16及其制冷***进行冷却与除湿，为了保证室内的温湿度精度，在与回风混合之前经过由光热***提供热量的再热器17进行加热，然后与经过风机盘管单元21处理的回风进行混合，最终将处理后的新风12送入室内。
室外新风12通过风管20与直接膨胀式空调机组16及其制冷***进行连接，该风管20上安装有干球温度计t5、湿球温度计tw5和风速计Ma5；直接膨胀式空调机组16通过风管20与再热器17连接,该风管20上安装有干球温度计t6、湿球温度计tw6和风速计Ma6；室内回风通过风管20与风机盘管单元21连接；风机盘管单元通过风管20与混合箱38连接；再热器17通过风管20与混合箱38连接，风管20上安装有干球温度计t7、湿球温度计tw7和风速计Ma7；实现将处理后的新风12与处理后的回风混合；混合箱38通过风管20与模拟室内空间18连接。
该***的电能由光伏发电***提供，该***的热能由光热***提供。控制器9可以控制该***中电子式膨胀阀13的开度和压缩机15的频率，以满足室内温湿度的需求。干球温度计和湿球温度计用于测量各个测试点的温度和相对湿度值，风速计用于测量独立新风***的风量。由此可以完成新风***的实验实训、新风***的实验测试、中央空调***性能测试等实验实训教学。
独立新风***由直接膨胀式空调机组16、压缩机15、冷凝器14、电子式膨胀阀13、风机盘管单元21、模拟室内空间18、风管20等组成。除去极端情况下，独立新风***的所有设备由光伏发电***供电，由光热***提供热量。极端情况下，由220V市电供应。独立新风***主要为室内提供满足需求的新风，以达到室内热舒适度的要求，实现新风***的实验实训教学。室外新风12通过直接膨胀式空调机组16及其制冷***进行冷却与除湿，为了保证室内的温湿度精度，在与回风混合之前经过由光热***提供热量的再热器17进行加热，然后与经过风机盘管处理的回风进行混合，最终将处理后的新风12送入室内。独立新风***中，设置了4个实验点。分别为：0,2,3,6点。每个测试点布置一组干球温度计、湿球温度计和风速计，用于采集和监测每个测试点的温度、相对湿度和风量。为了确保***的控制精度，控制器9将实时采集和对比测试点数据，进而用于***的仿真模拟和热量平衡计算等。控制器9可以控制该***中电子式膨胀阀13的开度和压缩机15的频率，以实现精准控制来满足室内温湿度的需求。由此可以完成新风***的实验实训、新风***的实验测试、中央空调***性能测试、中央空调***的模拟仿真实验以及热量平衡计算等实验实训教学。
如图1所示，本发明***的电气控制***包括ADRC和供电***。本发明的电气控制***可以获得电能供应，进而可以为整个***提供电能。该电能包括AC220V、DC48V和DC24V。
如图3所示，为了对本发明***进行智能化精准控制，本发明采用自抗扰控制器(ADRC)来实现智能化精准控制，并对整个***进行监测、数据传输、计算与分析等。ADRC是一种不依赖***模型的新型控制器，结构有三部分组成：非线性跟踪微分器(TrackingDifferentiation，TD)、扩张状态观测器(Extended State Observer，ESO)、非线性状态误差反馈控制律(Nonlinear State Error Feedback，NSEF)，它的核心部分是扩张控制器。线性自抗扰控制器(LADRC)也包括三个部分，分别是：线性跟踪微分器(TrackingDifferentiation，TD)、线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer，LESO)和线性状态误差反馈控制律(Linear State Error Feedback LSEF)。其中，跟踪微分器的作用是安排过渡过程，扩张状态控制器则用来估计***状态、模型和外扰，也就是说利用“扩张控制器”提取为实现“状态反馈”、“模型和外扰补偿”所需的信息。***的“模型”和“外扰”处于同等地位，都可以用“扩张控制器”估计出实时作用量而给出以“补偿”。扩张控制器是把有未知外扰的非线性不确定对象用非线性状态反馈化为“积分串联型”，是一种对非线性不确定对象实现反馈线性化的结构。而且ADRC的这种反馈线性化是依靠状态观测器的动态估计，而不是依靠对象的精确的数学模型。当然，这里的“状态误差反馈”不必局限在“线性”形式上，应采用更合适的“非线性配置”。这样就产生了“非线性状态误差反馈”—NSEF控制规律。本发明以二阶ADRC为例，设计基于ADRC的控制***。可以使得温度控制精度为±0.3℃，湿度控制精度为±0.5％。同时该控制器9可以读取所有测试点的实验数据，方便完成实验实训教学以及实验测试。控制器9留有扩展模块，可为后续的扩展实验与研发提供基础。本发明***的电能由光伏发电***提供，在太阳能充足的地区，本发明所述***可以实现长期的自供电离网可靠运行。
如图2所示，本发明涉及能源替代技术的独立新风实训***的控制方法。本发明的控制方法为双元精准控制，即：两套控制***配合使用，实现精准控制。其中一套控制***可以通过控制独立新风***的电子式膨胀阀13和压缩机15的频率来实现对***的粗控制，进而对本发明***进行初步控制与调节。另外一套控制***可以通过控制光热***的电动调节阀34的开度来调节所供给再热器17的热量以实现对***的精控制，完成对本发明***的精准控制与调节。两套***同时由ADRC控制器进行控制，可将温度与湿度控制的精准范围内，提高室内的热舒适度。
本发明***的控制器9为自抗扰控制器(ADRC)，可以对整个***进行监测和精准控制。温度控制精度为±0.3℃，湿度控制精度为±0.5％。该控制器9可以读取所有测试点的实验数据并可以进行数据计算与分析，方便完成实验实训教学以及实验测试。控制器9留有扩展模块，可为后续的扩展实验与研发提供基础。控制器9的电能由光伏发电***提供，在太阳能充足的地区，本发明***可以实现长期的自供电离网可靠运行。
以下详细说明能源替代技术的独立新风实训***的控制方法：
步骤1)、***开始，所有参数与设备初始化，运行能源替代技术的独立新风实训***，设置室内温度，控制器9读取室内温度。
步骤2)、控制器9判断室内温度是否高于室内设定温度，如果高于室内设定温度则进行步骤3，如果低于室内设定温度则进行步骤4)。
步骤3)、增大电子式膨胀阀13的开度并调节压缩机15频率，进而判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)。
步骤4)、控制器9判断室内温度是否低于室内设定温度，如果低于室内设定温度则进行步骤5，如果不低于室内设定温度则进行步骤6)。
步骤5)、减小电子式膨胀阀13的开度并调节压缩机15频率，进而判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)。
步骤6)、控制器9判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7。
步骤7、改变光热***电动调节阀34的开度并且使室温保持在设定范围内，进而进行步骤8。
步骤8、能源替代技术的独立新风实训***运行于精准控制条件下。控制器9继续***监测并判断***是否继续运行，如果继续运行则返回步骤1)，如果不继续运行则停止***运行并结束。
此外，控制流程图中的温度改变和调节过程，例如：运行能源替代技术的独立新风实训***、减小电子式膨胀阀13的开度、调节压缩机15频率、改变光热***电动调节阀34的开度等，需要在程序中设置延时，当室内温度趋于稳定后再进行下一步骤。湿度控制方法与温度控制方法类似，此处不再冗述。由此可以完成自动控制原理实验，ADRC测试，电气控制***安装、运行、调试，控制器编程等实验实训教学。
本发明涉及能源替代技术的独立新风实训***的计算方法,***始终保持热量平衡，其计算式如下：
QFAU(j)+QFAS(j)+QDX(j)+QSH(j)＝0 (1)
其中：
QFAU(j)是j时刻风机盘管提供的冷量，kW；
QFAS(j)是j时刻新风所需要的冷量，kW；
QDX(j)是j时刻直接膨胀式空调机组16所提供的冷量，kW；
QSH(j)是j时刻光热***所提供的再热热量，kW；
j是时间，分钟。
风机盘管所提供的冷量、直接膨胀式空调机组16所提供的冷量都是由光伏发电***提供电能，可通过本发明控制***采集并计算得出。光热***所提供的再热热量可通过本发明所述的控制***采集并计算得出。由此，通过上述热量平衡计算式可以计算出新风所需的冷量，同时可以计算出新风的送风温度、湿度和焓值。由此可知，新风***的冷量由太阳能***提供。因此，本发明***相对于传统***的节能量即为全部新风***的冷量。
为了实现对本发明***进行有效控制和精准控制，***运行过程中必须始终满足以下计算式：
tR>t2(j) (2)
twR>tw2(j) (3)
其中：
tR是室内空间设定干球温度，℃；
twR是室内空间设定湿球温度，℃；
tw2(j)是j时刻2点湿球温度，℃；
t2(j)是j时刻2点干球温度，℃。
本发明***的控制器9将实时采集数据、比较数据，进而可以通过上述计算式进行计算与分析。通过本发明的计算方法，可以完成数据采集、数据分析、科学计算等实验测试和实训操作。
本发明的***还可以应用于能源类专业的实验实训教学及研究开发，是一套集实验测试、实训操作、科研开发于一体的实验实训***。可以满足的实验实训种类包括：光伏发电***实验实训、光热***实验实训、独立新风***实验实训。例如：太阳能阵列能量转换实验、太阳能离网发电***实验、太阳能蓄电池存储实验、离网逆变器研究实验、太阳能发电***负载特性实验、监控运行设计实验、电能质量检测实验、太阳能集热能量转换原理实验、太阳能集热器特性测试实验、环境对光热转换的影响实验、新风***实验与测试、***性能指标实验、控制器的开发与测试、电气控制***安装、运行、调试实验实训、控制器编程实验实训、科学研究与开发。
Claims (8)
1.能源替代技术的独立新风实训***，包括新风***，为室内提供满足需求的新风，其特征在于，还包括光伏发电***，为新风***提供电能；以及光热***，为新风***提供热能；
所述新风***包括模拟室内空间(18)，室外新风通过直接膨胀式空调机组(16)及其制冷***进行冷却与除湿后经过由光热***提供热量的再热器(17)进行加热，然后与经过风机盘管单元(21)处理的回风进行混合，最终将处理后的新风(12)送入模拟室内空间(18)；
所述光伏发电***包括用于电流、电压的监测的电流传感器和电压传感器，通过监测数据判定***是否正常运行，同时实现电流和电压的数据采集；多功能电表a(7)用于计算光伏发电的能量供给并与控制器(9)进行数据通信，通过多功能电表a(7)完成能量采集与转换；控制器(9)控制电子式膨胀阀(13)的开度和压缩机(15)的频率，以满足室内温湿度的需求；
所述光热***包括太阳能集热器(22)，太阳能集热器(22)将太阳能转换成热能，热能用于加热水箱(29)中的水，由集热水泵(27)提供循环动力，将采集的热能存储于水箱(29)中；通过供热水泵(32)进行热水循环，从而新风***提供再热热量；控制器(9)采集室内温湿度信号，根据温湿度设定值，控制供热回路上的电动调节阀(34)的开度；水箱(29)中安装有液位计(30)，控制器(9)通过液位信号决定是否需要补水。
2.根据权利要求1所述的能源替代技术的独立新风实训***，其特征在于，所述太阳能集热器(22)的热源由太阳能替代实际光源或模拟光源(1)。
3.根据权利要求1所述的能源替代技术的独立新风实训***，其特征在于，采用双元精准控制，即：两套控制***配合使用：其中一套控制***通过控制独立新风***的电子式膨胀阀(13)和压缩机(15)的频率来实现对***的粗控制，进而初步控制与调节；另外一套控制***可以通过控制光热***的电动调节阀(34)的开度来调节所供给再热器(17)的热量以实现对***的精控制；两套***同时由控制器进行控制，将温度与湿度控制的精准范围内。
4.根据权利要求1或3中所述的能源替代技术的独立新风实训***，其特征在于，所述控制器(9)为自抗扰控制器，所述控制器(9)留有扩展模块，为后续的扩展实验与研发提供基础。
5.根据权利要求1或3中所述的能源替代技术的独立新风实训***，其特征在于，所述控制器(9)的电能由光伏发电***提供，在太阳能充足的地区，实现长期的自供电离网可靠运行。
6.根据权利要求1所述的能源替代技术的独立新风实训***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤1)：***开始，所有参数与设备初始化，运行能源替代技术的独立新风实训***，设置室内温度，控制器(9)读取室内温度；
步骤2)：控制器(9)判断室内温度是否高于室内设定温度，如果高于室内设定温度则进行步骤3)，如果低于室内设定温度则进行步骤4)；
步骤3)：增大电子式膨胀阀(13)的开度并调节压缩机(15)频率，进而判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)；
步骤4)：控制器(9)判断室内温度是否低于室内设定温度，如果低于室内设定温度则进行步骤5)，如果不低于室内设定温度则进行步骤6)；
步骤5)：减小电子式膨胀阀(13)的开度并调节压缩机(15)频率，进而判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)；
步骤6)、控制器(9)判断室内温度是否在精准控制范围内，如果在精度控制范围内则进行步骤8)；如果不在精度控制范围内则进行步骤7)；
步骤7)、改变光热***电动调节阀(34)的开度并且使室温保持在设定范围内，进而进行步骤8)；
步骤8)、能源替代技术的独立新风实训***运行于精准控制条件下；控制器(9)继续***监测并判断***是否继续运行，如果继续运行则返回步骤1)，如果不继续运行则停止***运行并结束。
7.根据权利要求1所述的能源替代技术的独立新风实训***热量平衡的计算方法，其特征在于，热量平衡计算式如下：
QFAU(j)+QFAS(j)+QDX(j)+QSH(j)＝0 (1)
其中：
QFAU(j)是j时刻风机盘管提供的冷量，kW；
QFAS(j)是j时刻新风所需要的冷量，kW；
QDX(j)是j时刻直接膨胀式空调机组16所提供的冷量，kW；
QSH(j)是j时刻光热***所提供的再热热量，kW；
j是时间，分钟；
风机盘管所提供的冷量、直接膨胀式空调机组所提供的冷量都是由光伏发电***提供电能，通过控制***采集并计算得出；
光热***所提供的再热热量通过控制***采集并计算得出；
由此，通过上述热量平衡计算式计算出新风所需的冷量，同时计算出新风的送风温度、湿度和焓值；
***运行过程中必须始终满足以下计算式：
tR>t2(j) (2)
twR>tw2(j) (3)
其中：
tR是室内空间设定干球温度，℃；
twR是室内空间设定湿球温度，℃；
tw2(j)是j时刻2点湿球温度，℃；
t2(j)是j时刻2点干球温度，℃。
8.根据权利要求7所述的能源替代技术的独立新风实训***热量平衡的计算方法，其特征在于，控制器将实时采集数据、比较数据，进而通过所述热量平衡计算式进行计算与分析完成包括数据采集、数据分析、科学计算在内的实验测试和实训操作。
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