集中空調(diào)變水量水系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略研究.pdf

1、集中空調(diào)在為人們營(yíng)造舒適環(huán)境的同時(shí)也帶來了嚴(yán)峻的能耗問題，空調(diào)節(jié)能勢(shì)在必行。在影響空調(diào)系統(tǒng)能耗的眾多因素中，自動(dòng)控制系統(tǒng)是很重要的方面。隨著越來越多大型樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)(Building Automation System，BAS)的日益廣泛化，對(duì)整個(gè)建筑物的空調(diào)及其他系統(tǒng)進(jìn)行集成化管理和最優(yōu)化控制已成為可能。當(dāng)集中空調(diào)系統(tǒng)處于部分負(fù)荷時(shí)，如何通過優(yōu)化控制管理、實(shí)時(shí)合理地給出各下位機(jī)控制器的控制變量設(shè)定值？這些問題的解決好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的

2、能耗影響巨大，尤其在集中空調(diào)水系統(tǒng)中，管路復(fù)雜能耗大，若加強(qiáng)其優(yōu)化控制研究，必能開發(fā)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的巨大節(jié)能潛力。同時(shí)，控制系統(tǒng)的優(yōu)化問題已成為提升空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。 本文的目的是在建立仿真的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑空調(diào)水系統(tǒng)的控制優(yōu)化問題進(jìn)行研究。本文以典型的變水量（VWV，Variable Water Volume）系統(tǒng)為研究對(duì)象，以節(jié)能和拓展控制的可及性為目標(biāo)，研究和設(shè)計(jì)各優(yōu)化控制策略對(duì)VWV系統(tǒng)的運(yùn)行性能以及控制特性的影響。

3、 變水量由于其控制變量更多以及控制系統(tǒng)更為復(fù)雜的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的依賴經(jīng)驗(yàn)控制的方式在很大程度上已無法很好地完成系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能的任務(wù)，更不能很好地體現(xiàn)VWV系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。本文首先建立了典型結(jié)構(gòu)的建筑空調(diào)變水量水系統(tǒng)數(shù)字仿真器。在建立系統(tǒng)各部件數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，以TRNSYS為系統(tǒng)仿真平臺(tái)，將各部件模型連接成系統(tǒng)數(shù)字仿真器。為了提高系統(tǒng)仿真器的運(yùn)行速度，本文在建立系統(tǒng)的壓力流量平衡時(shí)，把各部件的壓力流量關(guān)系單獨(dú)抽取出來建立單獨(dú)的模型。系統(tǒng)

4、的仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)數(shù)字仿真器能夠模擬實(shí)際系統(tǒng)的整體運(yùn)行趨勢(shì)，能夠完成基本的控制要求，為優(yōu)化控制策略的研究提供了必要的基礎(chǔ)。 在仿真分析的基礎(chǔ)上，本文提出了對(duì)冷媒水供水壓差和供水溫度的單獨(dú)實(shí)時(shí)優(yōu)化以及串級(jí)優(yōu)化控制策略、多臺(tái)冷水機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的最佳COP運(yùn)行控制策略和多控制變量同時(shí)優(yōu)化的、在線可預(yù)測(cè)性的、系統(tǒng)層次的優(yōu)化控制策略。 冷媒水的供水壓差和供水溫度是影響系統(tǒng)冷量供給和能耗的關(guān)鍵因素，不合適的供水壓差和供水溫度設(shè)定

5、值有可能會(huì)造成系統(tǒng)的冷量供給不足或能耗的浪費(fèi)，而且這兩個(gè)設(shè)定值又具有一定的相互補(bǔ)充的功能，因此本文提出了基于空氣處理裝置（AHU, Air Handling Unit）閥位信息的供水壓差和供水溫度串級(jí)優(yōu)化控制策略。仿真的試驗(yàn)結(jié)果表明，該優(yōu)化控制策略不僅能夠更好地滿足系統(tǒng)冷量的供給要求（拓寬了系統(tǒng)的控制范圍），而且有較好的節(jié)能效果。 冷水機(jī)組能耗是HVAC系統(tǒng)耗能的最主要部分，而冷水機(jī)組的能耗是與其負(fù)荷率密切相關(guān)的。對(duì)于多臺(tái)機(jī)組聯(lián)

6、合運(yùn)行的系統(tǒng)，特別是不同額定功率的多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組，它們?cè)诓糠重?fù)荷下所承擔(dān)的負(fù)荷通常都未達(dá)到其額定負(fù)荷，因此通過優(yōu)化啟停機(jī)組的數(shù)目和優(yōu)化分配各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷以提高機(jī)組的負(fù)荷率是提高系統(tǒng)整體COP（Coefficient of Performance）的有效途徑。本文分別采用離線回歸和在線自適應(yīng)的兩種方法獲得機(jī)組COP與機(jī)組部分負(fù)荷率（PLR，Part Load Ratio）的關(guān)系，在建立冷水機(jī)組系統(tǒng)能耗方程的基礎(chǔ)上，利用序貫加權(quán)因子法（S

7、WIFT，Sequential Unconstrained Minimization Technique）的優(yōu)化方法求解獲得各臺(tái)機(jī)組所承擔(dān)負(fù)荷，并通過每臺(tái)機(jī)組冷媒水溫度的設(shè)定實(shí)施控制。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，按照用戶負(fù)荷優(yōu)化機(jī)組啟停并優(yōu)化負(fù)荷分配之后，系統(tǒng)控制特性穩(wěn)定，能夠很好的滿足用戶側(cè)負(fù)荷，而且節(jié)能效果明顯。 最后，在局部?jī)?yōu)化控制的研究基礎(chǔ)上，本文又提出了集中空調(diào)水系統(tǒng)層次的在線可預(yù)測(cè)性的優(yōu)化控制策略，該控制策略基于簡(jiǎn)單的物理特性