本發(fā)明屬于空調(diào),具體涉及一種由多種能源耦合供暖的長途列車空調(diào)系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù):
1、目前長途火車冬季供暖主要采用電加熱或油加熱,能源利用效率不高,另外,空氣源熱泵在實際運行中存在的一個主要問題:室外蒸發(fā)器翅片容易結(jié)霜,這將會影響換熱效率,一般認為,空氣源熱泵結(jié)霜可以分為無霜、輕霜、中霜和重霜。在無霜和輕霜區(qū)范圍內(nèi),系統(tǒng)運行比較正常,系統(tǒng)運行效率cop比較穩(wěn)定,在中霜和重霜范圍內(nèi),系統(tǒng)運行效率cop嚴重下降,甚至有時會導致系統(tǒng)停機,無法運行。目前空氣源熱泵除霜問題是一個工業(yè)界的難題,目前業(yè)界的主要解決方案是,是采用某種方式測感知霜層增長,對霜層厚度進行測量,當感知霜生長較為嚴重時,進行除霜,然而上述方案在除霜過程中通常中遇到的兩個主要問題是,有霜不除和無霜誤除,這兩個問題均會嚴重影響系統(tǒng)運行效率,甚至導致系統(tǒng)停機。然而對于上述兩個問題,目前業(yè)界缺乏可靠的解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述存在的問題,本發(fā)明提出:一種由多種能源耦合供暖的長途列車空調(diào)系統(tǒng)的控制方法,包括如下步驟:
2、s1、選取模糊變量:運行溫度t、運行濕度h、運行時間t;
3、s2、將變量模糊化:分別針對溫度t與濕度h設(shè)置各自的模糊集合;
4、s3、制定模糊規(guī)則;
5、s4、模糊決策。
6、進一步地,所述步驟s1中,設(shè)置于列車車廂頂部外壁空氣源熱泵蒸發(fā)器兩側(cè)的溫濕度傳感器,每隔10秒取一個溫度t、一個濕度h,分別表示為t1、t2…,h1、h2…,當且僅當溫度tk≤6℃,濕度hk≥40%開始帶入計算。
7、影響空氣源熱泵結(jié)霜的因素有三個:運行溫度t、運行濕度h、運行時間t。為使空氣源熱泵始終在不結(jié)霜的區(qū)間內(nèi)工作,我們設(shè)計了以下算法來監(jiān)測空氣源熱泵是否達到結(jié)霜條件。
8、基于模糊專家經(jīng)驗的空氣源熱泵結(jié)霜判定的系數(shù)算法分為模糊變量選取,變量模糊化,模糊規(guī)則制定,模糊決策實現(xiàn)等四部分,
9、進一步地,所述步驟s2中,對于溫度t采用以下模糊集合對其進行描述,{ml,l,s,h,mh}
10、其中ml表示誤差為很低,l表示誤差為低,s表示誤差為適中,h表示誤差為高,mh表示誤差為很高,溫度t對于模糊集合中的模糊變量形成隸屬度函數(shù)。
11、進一步地,所述步驟s2中,對于濕度h采用以下模糊集合對其進行描述{ml,l,s,h,mh}
12、其中ml表示誤差為很低,l表示誤差為低,s表示誤差為適中,h表示誤差為高,mh表示誤差為很高,濕度h對于模糊集合中的模糊變量形成隸屬度函數(shù)。
13、進一步地,所述步驟s3中,采用溫度t、濕度h和時間t作為空氣源熱泵結(jié)霜的判別依據(jù),根據(jù)t、h和其對應的模糊變量的隸屬度函數(shù)的對應關(guān)系,構(gòu)造模糊推理規(guī)則:
14、函數(shù)自變量選為溫度t和濕度h,對應溫度t的模糊語言變量集合a1有五個{ml很低,l低,s適中,h高,mh很高},對應濕度h的模糊語言變量a2有五個{ml很低,l低,s適中,h高,mh很高},t對應于a1的每個取值模糊集合分別對應了一個隸屬度函數(shù),總共有五條隸屬度函數(shù)曲線,h對應于a2共有五條隸屬度函數(shù)曲線。
15、進一步地,所述步驟s4中,真值決策過程如下:按照工程經(jīng)驗得到的模糊規(guī)則如下:
16、如果t=ml?and?h=ml,則
17、如果t=ml?and?h=l,則
18、如果t=ml?and?h=s,則
19、如果t=ml?and?h=h,則
20、如果t=ml?and?h=mh,則
21、如果t=l?and?h=ml,則
22、如果t=l?and?h=l,則
23、如果t=l?and?h=s,則
24、如果t=l?and?h=h,則
25、如果t=l?and?h=mh,則
26、如果t=s?and?h=ml,則
27、如果t=s?and?h=l,則
28、如果t=s?and?h=s,則
29、如果t=s?and?h=h,則
30、如果t=s?and?h=mh,則
31、如果t=h?and?h=ml,則
32、如果t=h?and?h=l,則
33、如果t=h?and?h=s,則
34、如果t=h?and?h=h,則
35、如果t=h?and?h=mh,則
36、如果t=mh?and?h=ml,則
37、如果t=mh?and?h=l,則
38、如果t=mh?and?h=s,則
39、如果t=mh?and?h=h,則
40、如果t=mh?and?h=mh,則
41、公式(7)-(31)構(gòu)成模糊控制專家經(jīng)驗規(guī)則庫,公式中的λi表示某個具體時刻k按照不同的溫濕度模糊屬性計算出的真值決策值。
42、進一步地,所述步驟s4中,權(quán)值決策過程如下:用以下公式計算:
43、
44、公式(32)中,和分別表示某個具體時刻的溫濕度狀態(tài)對應于不同模糊變量的隸屬度函數(shù),對于某個時刻具體的溫濕度信息,從對應的隸屬度函數(shù)曲線中查去,符號∩表示模糊交集運算,即取中取值最小者輸出,λ'm表示對應于25條模糊規(guī)則的權(quán)值決策值,m=1,2,l?25。
45、進一步地,所述步驟s4中,信息融合過程如下:
46、輸出由對應于25條模糊規(guī)則的真值λk和權(quán)值λ通過加權(quán)平均法得出,計算公式為
47、
48、輸出由對應于25條模糊規(guī)則的真值λk和權(quán)值λ通過加權(quán)平均法得出,計算公式為公式(33)中,表示分別按照公式(7)-(31)計算出的真實決策值;
49、為計算不同運行時刻溫濕度信息對于空氣源熱泵結(jié)霜的整體影響,從空氣源熱泵開啟時刻開始計時,每隔10秒采樣獲得一個溫濕度狀態(tài)數(shù)據(jù),對每個符合條件:tk≤6℃,濕度hk≥40%的k時刻的溫濕度采樣值進行篩選,按公式(33)進行計算,判別時刻k的溫濕度狀態(tài)對于空氣源熱泵結(jié)霜的貢獻,將這些數(shù)據(jù)排列為向量
50、
51、當r大于7200時,采用“先進先出”原則,依次對進行舍棄,只保留7200個有效數(shù)據(jù),即將向量v處理為v1:
52、
53、而后,采用如下公式處理向量v1中的各元素:
54、
55、公式(34)中,n表示向量v1中的元素個數(shù),int()表示取整函數(shù),
56、當λ*大于1.5時,空氣源熱泵停止運行,當且僅當時間經(jīng)過至少半小時后,且λ*小于1.3時,空氣源熱泵繼續(xù)開啟運行。
57、本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明針對空氣源熱泵冬季運行過程中容易結(jié)霜的問題,和太陽能熱泵運行受當?shù)靥鞖馇闆r限制,能量收集不穩(wěn)定的問題,給出了有針對性的設(shè)計,提高了能源使用效率,降低了系統(tǒng)運行成本。
58、1、采用空氣源熱、太陽能系統(tǒng)、制動剎車系統(tǒng),耦合就常規(guī)電能系統(tǒng)設(shè)計了一套長途列車專用空調(diào)系統(tǒng),充分利用多種能量耦合的優(yōu)勢,提高了系統(tǒng)運行效率。
59、2、通過測量空氣源熱泵蒸發(fā)器兩側(cè)的溫濕度和運行時間信息,采用一種基于t-s模糊模型的改進模糊控制算法計算空氣源熱泵兩端結(jié)霜的難易程度,當根據(jù)算法判定空氣源熱泵結(jié)霜程度較為嚴重時,自動關(guān)閉空氣源熱泵直道,外界條件適宜時,繼續(xù)開啟空氣源熱泵,使空氣源熱泵始終運行于高效節(jié)能區(qū)間,大幅提高了空氣源熱泵效率。此外,耦合供熱系統(tǒng)大幅降低了空氣源熱泵的出水溫度,進一步提高了空氣源熱泵的運行效率。
60、3、在太陽能供熱系統(tǒng)設(shè)置了蓄能材料組成的蓄能系統(tǒng),在太陽能比較強時進行蓄能,在太陽能光線比較弱時,將能量釋放,當溫度較低時關(guān)閉由保溫材料組成的上蓋,保護太陽能系統(tǒng)不被凍傷,同時關(guān)閉太陽能系統(tǒng),有效提高了太陽能熱泵的運行效率。
61、4、設(shè)置了列車制動發(fā)電裝置和常規(guī)電能裝置耦合供電系統(tǒng),對末端空調(diào)出水溫度進行進一步提高,采用風機盤管耦合劑熱管進行,聯(lián)合供暖,有效保障了列車內(nèi)環(huán)境的舒適性。