智能房屋緊湊熱建模與動(dòng)態(tài)熱管理技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)今，建筑能耗在總的能源消耗量中占有很大的比重，如果建筑采用智能化的能耗控制方法可以帶來高的能源利用效率和顯著的節(jié)能效果。另一方面，人們對(duì)建筑的自動(dòng)化管理和居住工作環(huán)境的溫度舒適性要求越來越高。針對(duì)這些問題，快速建立準(zhǔn)確的建筑熱模型以及動(dòng)態(tài)高效的能耗-溫度控制系統(tǒng)對(duì)于提升現(xiàn)在的智能建筑控制水平是非常重要的，而現(xiàn)有的建筑性能建模方式大多需要已知建筑的物理結(jié)構(gòu)，且無法得到顯式的表達(dá)方式。所以，本文的工作重點(diǎn)是在樓宇的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)未知的前提下建立

2、建筑的緊湊熱模型，然后在該熱模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)溫度管理。
　　首先，本文提出了一個(gè)準(zhǔn)確的建筑熱性能建模方法，對(duì)一般的建筑物和復(fù)雜的大型樓宇皆可適用，且無需了解建筑的結(jié)構(gòu)采暖通風(fēng)等物理信息。這種新的建模技術(shù)基于最近提出的子空間辨識(shí)方法來獲得用于建立熱性能的控制友好的狀態(tài)空間模型，通過獲取的建筑室內(nèi)溫度以及影響室溫的室外環(huán)境溫度、加熱/制冷設(shè)備的能耗、室內(nèi)其它負(fù)載電器的能耗等因素的歷史數(shù)據(jù)來建立建筑的緊湊熱模型。為了充分利用數(shù)據(jù)并且

3、避免系統(tǒng)辨識(shí)方法易造成欠擬合與過擬合問題，本文提出了一種改進(jìn)的子空間系統(tǒng)辨識(shí)的數(shù)值算法。該方法根據(jù)訓(xùn)練樣本生成多個(gè)熱模型以找到最優(yōu)的模型階數(shù)，然后通過使用生成的最優(yōu)階數(shù)執(zhí)行常規(guī)系統(tǒng)辨識(shí)來生成最終模型。本文從真實(shí)的智能樓宇系統(tǒng)（BAS）開始，建立一些實(shí)際的建筑物（比如辦公樓、數(shù)據(jù)中心）的熱模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的方法能夠有效避免系統(tǒng)辨識(shí)的過擬合問題，在建筑先驗(yàn)結(jié)構(gòu)為知的情況下建立緊湊熱模型，并且通過所提出的方法建立的建筑模型可以實(shí)現(xiàn)

4、0.2-3％的平均誤差。
　　然后，本文實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)溫度的動(dòng)態(tài)管理。基于之前建立的熱模型，改進(jìn)了模型預(yù)測(cè)控制算法，提出一種新的功耗預(yù)算方法，通過設(shè)定的各區(qū)域目標(biāo)溫度，預(yù)測(cè)功耗的期望值，通過反饋調(diào)節(jié)，滾動(dòng)優(yōu)化，保證能源高效利用的同時(shí)，將建筑的室內(nèi)溫度維持在了一個(gè)較高精度的恒定值。仿真結(jié)果顯示，在執(zhí)行溫度管理的一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)后，室內(nèi)溫度已非常接近設(shè)定值，不超過5個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)后，區(qū)域溫度基本穩(wěn)定在目標(biāo)值。這種新的建筑動(dòng)態(tài)熱管理方法能夠幫助我