基于组态软件的空调系统虚拟仿真实验开发＊

吴金顺，鞠洪磊，晋 文，白 磊，孙 鹏，杨 洁

（1.华北科技学院，北京 101601；2.潍坊学院，山东 潍坊 261061；3.北京节能环保中心，北京 100029）

1 引言

虚拟仿真技术的优势在于可以利用目前已有的建模仿真软件的功能和模块，避免从头开始建模。本项目主要采用组态软件虚拟仿真的技术，针对建筑环境与能源应用专业的空调系统进行开发，其创新之处是克服了常规实验教学手段的局限性，提高了学生对复杂问题的认知能力，为提高学生创新能力提供学习平台，也为今后其它类似项目的研究提供参考依据。实现“以虚为主，虚实结合，以虚补实，以实验虚”教学改革新理念。

本项目开发的对象是建筑环境与能源应用工程专业的实验内容，全空气空调系统，全空气空调系统主要应用于大型公共建筑，建筑的冷热负荷全部由空气承担。用空气作为载体输送冷量或热量，作为载体的空气是在组合式空调机组中进行处理（包括过滤、冷却、加热、加湿）等过程。而提供冷量和热量的源设备与空调机组运行过程，在传统的实验过程中学生无法观察到。因此我们有必要利用组态等模拟软件进行开发此项目，通过建立系统模型，可以让学生直观生动的看到空调系统运行图像，对书本上的理论和平面知识有更深层次的理解，该系统也可进行几种典型设计工况转换调试，实现虚拟与实际试验的交互理解和深化。

2 模型建立

2.1 在FameView 中新建项目和画面并在画面中设置好与设计图对应的图片

具体操作：打开FameView 软件，在菜单栏点击项目按钮，在其下拉菜单中选择新建选项，给项目命名。在新建的项目中选择新建画面。

根据全空气空调系统的CAD 设计图的要求，在新建画面（夏季及变风量和冬季图）中设置风槽，流水管道及各种在设计图中出现装置的图片，我们在FameView 的图库中查找能符合我们要求的各种图片，由于组态软件“所见即所得”的特性，使得在图库中找到对应图形后直接拖动或复制即可把图片放在画面中，所有的图都是可以自由控制大小的，把它调整到合适的形状放在画面的指定位置上。

2.2 在设置的风槽和流水管道上放置画面控件：流动管道，给每条流动管道设置对应的属性

设计思路为：变温度控制分析；变风量控制分析；在变风量时分为三个不同的风量；最小送风量、中间送风量和最大送风量。所以在给风槽上放置三个不同的流动管道，它们的流动间隔分别为200、100和50，颜色对应着相应温度的颜色。

（1）在软件的左侧功能区域“基本应用”选项的运行数据库中新建“内部开关变量”，如“温度1”。在此设置“温度1”属性，1为启动，0为停止，初始状态为1说明初始时表示温度1的流动管道启动。

（2）给每条流动管道设置颜色、流动方向、动态起停和动态可视属性。

（3）全空气空调系统的全部“内部开关变量”包括冬季、画面流动、冷却塔风、中间送风量、最大送风量、最小送风量、温度（1、2、3）等，并设置对应的属性。

2.3 在画面中添加“控制面板”，在面板上可分别对温度和风量进行控制

具体操作：在控制面板上添加“文本变量-标签”可以使用户清楚的明白所控制的对象，并且在对应的标签下添加相应的普通按钮（见图1）。

图1 文本对象所对应的属性表

处理脚本是一段VBScript代码，如下：

此代码可以通过按钮控制流动管道的启停与是否可视，切换画面使按钮拥有画面替换功能。配置“开关变量”属性可以使按钮具有控制有关控件启停与可视的功能。此外还可以通过控制有关控件的相关属性实现图片对象的闪烁与可见功能。

2.4 给全空气空调系统的所有的装置标上名称和运行测试

具体操作：添加“文本变量-标签”，最后在对画面处理完成后就是对画面进行运行测试。在工具箱中的右下角有一个绿色按钮，点击它会出现一个选择窗口，选择第一个“演示模式（不限变量，30分钟）”即可使画面运行对其进行测试。

3 运行分析

仿真模型中的全空气系统分别在不同温度和风量工况下运行，通过图2控制界面选择运行方案。

图2 运行控制界面

3.1 定风量

定风量时，分为三个温度控制，分别为温度1、温度2以及温度3，温度1和温度2为夏季温度，且温度1高于温度2，温度3为冬季温度，风量不变时管道水系统的颜色随着温度的降低变浅，即温度1时颜色最深，温度2其次，温度3最浅。

夏季工况下用冷却塔和空气进行循环换热，室内冷负荷全部由载体媒介空气承担。冬季工况下用地源热泵进行换热，室内热负荷全部由载体媒介空气承担。

3.2 定温度

定温度时，只改变风量，例如：控制温度在温度1，有三档风速开关，从左至右速度以此增加，速度的快慢可以从风管内空气运动的方块移动的频率来辨识。

以夏季为例，控制温度为温度1不变分析工况运行状态。最小风量工况下蒸发温度较低，因此冷却塔或热泵端流速较大，方块移动的频率大。最大风量工况下蒸发温度较高，因此冷却塔或热泵端流速较小，方块移动的频率小。

4 结束语

基于组态的空调系统模拟仿真实验是可行的，它可以解决传统教学实验中存在的一些问题，可以进行动态可视化教学和实验研究，便于学生理解和构建中央空调系统的整体模型。本项目可以提供数据信息，促进学校信息化、网络化、社会开放、产学研结合等多方面建设。如果我们将来进一步提高该项目的计算功能模型块，与实际工程相结合，可以为建筑空调系统的设计、施工、安装、运行维护提供精细的可视的数据信息和动态平面图。

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