地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化控制技術(shù)研究.pdf

1、HVAC即空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是通過一定的控制功能實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、空氣清凈度以及空氣循環(huán)的變化的控制系統(tǒng)。隨著建筑節(jié)能技術(shù)的深入發(fā)展，人們亟需將清潔無污染的能源應(yīng)用到建筑行業(yè)的方方面面。在空氣調(diào)節(jié)領(lǐng)域地?zé)豳Y源完全符合綠色節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，而且它還是可再生新型能源。地源熱泵空調(diào)就是地?zé)豳Y源應(yīng)用在建筑領(lǐng)域的一種，該空調(diào)系統(tǒng)因?yàn)槭且缘責(zé)釣槟茉?，因此它具備清潔無污染，節(jié)約能源，運(yùn)行效率高等新能源應(yīng)用的特點(diǎn)。地源熱泵系統(tǒng)在夏、冬兩季能夠分別以地?zé)崮茏鳛榄h(huán)境制

2、冷的冷卻源和供熱采暖的低溫?zé)嵩?，與此同時(shí)系統(tǒng)還可以作為生活熱水補(bǔ)充源。
　　目前處于運(yùn)行中的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)所展現(xiàn)出的最為突出的問題就是其控制系統(tǒng)能耗大、效率低、難擴(kuò)展，最為重要的是在實(shí)現(xiàn)水流量以及房間溫度的控制問題上不具備自適應(yīng)能力。因此目前的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)舒適度達(dá)到要求和能源節(jié)約的雙贏。地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行或控制調(diào)節(jié)在目前運(yùn)行的系統(tǒng)中也存在許多不盡合理之處。
　　使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的目的是為了使室內(nèi)溫濕度

3、滿足環(huán)境舒適性的要求，與此同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源的有效節(jié)約。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)需要提高地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的合理性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)該控制要求的關(guān)鍵在于控制系統(tǒng)對于水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制性能的提升。本課題的研究目的就是最終研究設(shè)計(jì)一套既能夠滿足空調(diào)的舒適度要求，又能夠保障系統(tǒng)能耗不產(chǎn)生浪費(fèi)，并且對于系統(tǒng)流量和溫度的控制有較高程度的自適應(yīng)性能的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要作用在于實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)對于流量最大程度上的優(yōu)化運(yùn)行。節(jié)能已經(jīng)成為綠色建筑領(lǐng)域的關(guān)鍵，能夠

4、改進(jìn)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制性能就是對建筑節(jié)能實(shí)現(xiàn)的促進(jìn)。
　　針對目前地源熱泵空調(diào)工程實(shí)例中急需解決的控制策略問題以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在HVAC領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行研究。本課題以基本控制理論作為研究基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)的控制經(jīng)驗(yàn)，將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器在地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行中的控制特性作為核心內(nèi)容展開研究。最終利用該方法的控制優(yōu)勢并發(fā)現(xiàn)其控制特性中的缺陷和不足，以此研究為依據(jù)進(jìn)而設(shè)計(jì)用遺傳算法改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制

5、的新型控制方法。通過利用改進(jìn)遺傳算法的自身優(yōu)勢優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法應(yīng)用于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中能夠展現(xiàn)更好的應(yīng)用性能的目標(biāo)。本文主要開展了以下工作:
　　第一，需要進(jìn)行大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，總結(jié)出地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展過程以及其運(yùn)行特點(diǎn)，分析傳統(tǒng)空調(diào)在運(yùn)行中的特點(diǎn)和不足。通過對以上總結(jié)的性能及數(shù)據(jù)進(jìn)行對比確定應(yīng)用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢并說明其應(yīng)用意義。分析探討了地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)在系

6、統(tǒng)控制中所產(chǎn)生的重要影響，以及對其繼續(xù)研究的意義?？偨Y(jié)并概述了現(xiàn)今此類系統(tǒng)在運(yùn)行中應(yīng)用的優(yōu)化控制方法。最終取長補(bǔ)短研究設(shè)計(jì)一套能夠用于地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)并對其運(yùn)行性能有起到優(yōu)化效果的控制方法。
　　第二，課題需要深入地對地源熱泵工作原理及工作狀態(tài)展開分析研究，全面的認(rèn)識了解地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并在以上基礎(chǔ)下建立能夠客觀探討該問題的數(shù)學(xué)模型。本課題以現(xiàn)有的變流量相關(guān)理論為研究基礎(chǔ)，把實(shí)際運(yùn)行中的某一次泵系統(tǒng)作為研究模型，通過合理

7、的建模和仿真等研究方法，深入地分析總結(jié)了地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)的變流量控制的有效策略。
　　第三，為了使地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)所提供的水流量能夠跟隨系統(tǒng)用戶端的負(fù)荷變化而實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)效果，系統(tǒng)主要根據(jù)溫差作為控制的依據(jù)對地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了保障溫差控制方法的系統(tǒng)運(yùn)行性能，設(shè)計(jì)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器以及結(jié)合Bang-Bang控制的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制。通過仿真實(shí)驗(yàn)可得，此處設(shè)計(jì)的方法在系統(tǒng)的魯棒性和

8、最終的運(yùn)行性能上來講都有很大進(jìn)步，而結(jié)合Bang-Bang控制之后系統(tǒng)性能更佳，抗干擾能力和魯棒性更強(qiáng)。由此也表明所設(shè)計(jì)的以上兩種方法在地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)的調(diào)控中有效、可行。
　　第四，通過對仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及所設(shè)計(jì)算法的深入研究，對建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器模型進(jìn)行下一步的改進(jìn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的權(quán)值和閾值的初始值的選取對于控制系統(tǒng)性能具有非常大的影響，研究最終確定采用遺傳算法來實(shí)現(xiàn)其初始值的優(yōu)化。研究設(shè)計(jì)逐步完善最終通過改進(jìn)遺傳