The paper addresses the modeling and optimal control problem of a new hybrid solar-assisted air conditioning system developed for performance enhancement and energy efficiency improvement. To regulate the mass flow rate of the refrigerant vapor passing through a water storage tank for increasing the refrigerant's sub-cooling process at partial loads, we propose a new discharge bypass line together with an inline solenoid valve, installed after the compressor. In addition, to control the air flow rate, a variable speed drive is coupled with the condenser fan. For the control purpose, a lumped parameter model is first developed to describe the system dynamics in an explicit input–output relationship; then, a linear optimal control scheme is applied for the system's multivariable control. The system has been fully-instrumented to examine its performance under different operation conditions. The system model is then validated by extensive experimental tests. Based on the obtained dynamic model, an optimal controller is designed to minimize a quadratic cost function. Numerical algorithms, implemented in a simulation tool, are then employed to predict the energy performance of the system under transient loads. The experimental results obtained from implementation with PLC demonstrate that the newly-developed system can deliver higher system efficiency owing to amelioration of the refrigeration effect in the direct expansion evaporator and adjustment of its air flow rate. The development is thus promising for improvement of energy efficiency, enhancement of the system performance while fulfilling the cooling demand

چکیده

این مقاله مدسازی و کنترل بهینه سیستم تهویه هوا خورشیدی هیبریدی نوین با صرفه جویی انرژی را بررسی می کند که برای بهبود عملکرد و ارتقا صرفه جویی در انرژی توسعه یافته است. به منظور تنظیم دبی جرمی بخار مبرد (سرد) عبوری از مخزن ذخیره اب برای افزایش فرایند سابکولینگ مبرد در بارای جزیی، یک خط تخلیه عبوری به همراه یک شیر الکتریکی درونی را پیشناد می کنیم که بعد از کمپرسور نصب می شود. علاوه بر این به منظور کنترل دبی هوا، یک محرک سرعت متغیر به همراه فن (خنک کننده) کندانسور متصل می شوند. برای رسیدن به هدف کنترل، یک مدل پارامتری فشرده در ابتدا توسعه می یابد تا متغیرهای سیستم را با رابطه صریح ورودی و خروجی توصیف کند. سیستم به صورت کامل مجهز شده است تا عملکرد خودش را تحت شرایط عملیاتی گوناگون بررسی کنیم. مدل سیستم با ازمایش های متنوع  تایید می شود. بر اساس مدل دینامیکی به دست امده، یک کنترلر بهینه به منظور مینیمم سازی تابع هزینه درجه دوم طراحی می شود. الگوریتم های عددی که در ابزار شبیه سازی پیاده سازی شده اند سپس در پیش بینی عملکرد انرژی سیستم تحت بارهای گذارا به کار گرفته می شوند. نتایج ازمایشی به دست امده از پیاده سازی به همراه PLC نشان می دهد که سیستم توسعه یافته نوین می تواند بهره وری سیستمی بالاتری با توجه به بهبود تاثیر تبرید در انبساط مستقیم تبخیر و تنظیم سرعت جریان هوا ارائه کند. بنابراین این توسعه امید بخش بهبود بهره وری انرژی، ارتقا عملکرد سیستم در حالی می باشد که درخواست های خنک کنندگی یا تبریدی را نیز پاسخگو می باشد.

1-مقدمه

گرمایش و تهویه هوا (HVAC) حجم بالایی از الکتریسیته یا برق را مصرف می کنند. در میان مصرف انرژی سازه های مسکونی و تجاری، سیستم HVAC پنجاه درصد مصرف انرژی را به خود اختصاص داده است. همچنین منجر به کاهش سوخت ارزشمند فسیلی و تولید گازهای گلخانه ای شده اند که از دلایل شناخته شده در تضعیف لایه اوزون می باشند...