建筑空调系统能耗监测动态分析模型与优化控制方法

针对大型建筑空调系统能耗监测与能效优化控制问题,通过分析建筑物与外界环境的能量交换、室内温变过程的动态特征和变化机理,考虑随机不确定性因素的影响,建立了以温度、湿度等为变量的建筑物空调能耗过程随机动态模型,分析了建筑物空调能耗与室内外环境热交换的平衡制约关系.以建筑物舒适度指标作为能耗控制目标,建立空调能耗最小的优化控制模型,分析了系统优化途径;根据建筑物实际监测数据,应用动态回归方法探讨了如何确定建筑空调能耗模型的结构与参数,通过实际数据分析与模拟仿真结果的比较验证了模型的正确性.     

大空间建筑分层空调冷负荷计算模型研究

基于区域热质平衡理论,建立适合于大空间建筑的分层空调负荷计算模型,进行某大空间建筑夏季工况下的试验测试研究,验证室内垂直温度分布的计算结果,比较同步求解模型计算的分层空调冷负荷和实际大空间建筑空调供冷量,在此基础上,预测分层空调冷负荷在变工况下的变化趋势,计算结果表明实际空调最大供冷量与模型计算结果相差14%,变工况的负荷变化趋势符合实际变化规律.     

过渡季节VAV空调系统送风温度的优化控制策略

变风量空调系统中,如何在良好室内空气品质与节能之间进行权衡一直是研究的难点．通过对多区域变风量空调及其控制系统进行分析研究,按照ASHRAE通风标准对新风量的要求,针对混和送风系统提出并在Tmsys仿真平台上分析了送风温度优化控制方案在不同负荷条件下的控制效果．研究结果表明,室外新风温度低于室内温度设定值时,送风温度的设定值受到设计风量和运行时刻各个空调区域风阀开度大小的限制．当过渡季节早晚的新风温度低于室内设定温度的工况时,若将送风温度由13℃升高到16℃,不但可以减少2．8％的空调系统能耗,而且有助于改善空气品质．     

建筑冷负荷对综合能源系统运行优化的影响

为解决现有综合能源系统运行优化研究对建筑冷负荷的影响考虑不充分（多以“典型日负荷”或“预测负荷”代替空调期冷负荷）的问题,首先应用EnergyPlus软件对北京某园区进行建模和负荷分析,再以经济性为优化目标,基于园区的电、冷负荷供需平衡和综合能源系统设备的典型模型建立运行约束模型,在空调期对多能源耦合的综合能源系统建立运行优化模型。对优化模型使用Yalmip建模和编程,使用Cplex求解器求解问题,得到不同负荷条件下的综合能源系统空调期的运行优化方案,并分析其统一性和差异性。结果表明：本文构建的以经济性为目标的优化模型,可以使多能耦合的综合能源系统在目标下运行更加优化;不同建筑冷负荷条件下运行优化方案具有较大差异性;不同负荷条件下运行优化方案具有一定规律性。可见综合能源系统的运行优化研究应该全面考虑冷负荷的影响,本文提出的规律性运行优化方案为综合能源系统提升运行经济性提供了依据。     

考虑用户舒适度补偿的空调负荷优化调度模型

通过对空调负荷这一类需求侧响应资源的调度,可以减轻分布式电源出力波动对电网运行的不利影响,促进可再生能源的消纳.本研究首先基于负荷聚合商的运行框架,分析了负荷聚合商的成本和效益,在负荷聚合商成本的组分中,提出了根据用户舒适度所确定的需求响应补偿策略;其次,本研究建立了空调负荷的温度变化模型;最后提出了空调负荷优化调度模型,该模型目标函数为空调负荷聚合商总收益最大,并考虑到了空调温度、风电波动以及聚合商收益约束.算例仿真结果表明,本研究提出的模型具有良好的经济效益,并提升了对分布式风电波动的平抑效果.     

面向需求侧调节的聚合温控负荷极值搜索控制算法

本文通过对聚合温控负荷的温度设定值的控制,实现智能电网中的频率调节服务。利用聚合温控负荷的双线性状态空间模型,建立了通过调节温控负荷温度设定值来提供频率调节服务的方案。采用极值搜索算法,对控制器参数进行动态优化,以减小温控负荷的跟踪误差,提升频率调节服务质量。仿真结果表明了极值搜索算法的有效性。     

夏热冬冷区太阳能转轮除湿空调系统模拟分析

目的以夏热冬冷地区南京市某办公建筑为例,设计一种与土壤源热泵技术相结合的新型太阳能转轮除湿空调系统,以达到舒适并节能环保的要求.方法通过应用TRNSYS软件建立子系统模块,然后建立太阳能转轮除湿空调系统以及常规热泵空调系统仿真模型,对系统各设备能耗、热泵机组性能及太阳能转轮除湿空调系统的重要部件的性能进行模拟;通过太阳能作为再生能源时提供的热量、除湿转轮的除湿量和全热换热器交换的湿量,分析系统运行效果;采用Airpak软件对室内温湿度进行模拟,分析太阳能转轮除湿空调系统实现室内舒适度效果;并对太阳能转轮除湿空调系统及常规热泵空调系统进行经济性及环保性分析.结果太阳能转轮除湿空调系统全年能耗相对常规热泵空调系统节省能耗29. 4%,并且可以通过全热换热器与除湿转轮基本实现对南京地区建筑湿负荷的处理,进而减小热泵制冷能耗.结论太阳能转轮除湿空调系统对环境污染小,节能环保,其应用更具有可行性与长远性.     

长沙地区混合通风住宅老年人空调使用行为

为研究混合通风建筑内人员的空调使用行为对建筑能耗的影响,对夏热冬冷地区以老年人为主的住宅空调系统及室内环境进行为期一年的连续监测,收集了气象参数、空调使用率、开启时间、室内的设定温度等数据. 分析表明：夏季和冬季在客厅、餐厅以及主卧开启空调的时间均有所不同. 在夏季,客厅与餐厅的设定温度较为集中,主要为26~28 ℃,主卧的室内设定温度主要为25~29 ℃,三者设定温度的峰值均在27.5 ℃左右;在冬季,各房间的室内设定温度相差不大,频率最高的温度为20.5 ℃. 夏季住宅内老年人日间室外耐受温度约为31 ℃,夜间约为26 ℃;而冬季住宅内老年人日间室外耐受温度约为12 ℃,夜间耐受温度约为8 ℃. 同时建立了空调开启率与环境温度之间的逻辑回归模型、空调开启时间以及室内温度正态分布模型,为研究混合通风住宅建筑空调使用行为提供参考.     

基于神经网络和遗传算法优化室内热舒适控制参数

为了改善室内办公场所的热舒适环境和减少能源消耗,应用计算流体力学(CFD)软件建立实验室研究模型,通过CFD实验模型数据训练人工神经网络,并用神经网络模型代替CFD模型.建立遗传算法目标函数,通过调整权重得到不同的优化结果.在保证精度的情况下减少遗传算法的计算量,最终得到室内控制参数的最优解.与直接在CFD模型上应用遗传算法相比,明显减少了计算量.通过修改室内空调送风口的布局和空调控制参数,使室内大部分工作人员获得满意的舒适度.实验结果表明,所选择的目标函数以及优化方法可以使室内工作环境的舒适度得到较大改善,并达到了节能的目的.     

设定参数对空调系统能耗的影响

 选择位于深圳的一栋小面积办公建筑为例,建立了建筑空调系统的物理和数学模型,基于EES 和Matlab 软件计算模拟,研究了空调系统的室内设定温度、送风温差、冷冻水和冷却水温差参数对空调系统能效比(EER)、制冷系数(COP)、输送效率和功耗等指标的影响。结果表明,室内设定温度每升高1℃,空调冷负荷减少5.6%,COP 和EER 分别升高7.2%和4.75%;送风温度每升高1℃,冷负荷下降4%,COP 和EER 分别降低5.2%和4.64%,以设备总功耗为单一指标,送风温差9.5℃为最佳值;冷冻水温差每升高1℃,冷冻水输送系数升高7.85%;冷却水温差每升高1℃,冷却水输送系数升高8.68%。该结果对空调设计和施工具有指导意义。     

HVAC冷站分散式节能优化

优化采暖通风与空调(HVAC)系统的控制策略有助于满足人们对舒适度的要求,同时降低HVAC系统能耗。该文建立了HVAC冷站系统优化问题的数学模型以求得使系统能耗最低的控制量设定值。该优化问题具有非凸、强耦合、包含离散和连续决策变量等特性。该文提出了一种分散式优化方法,将系统的每个设备作为一个子系统并基于与邻居子系统通信所得信息确定自身的控制变量的取值。测试结果表明:通过从邻居子系统获得的有限信息,每个子系统都能获得原优化问题的最优控制变量设定值。该方法不需要系统的全局信息,对于HVAC冷站系统的优化具有较大应用价值。     

区域供冷系统供回水经济温差优化模型研究

从经济的角度综合考虑,基于动态年折算费用法建立了区域供冷系统供回水经济温差的优化模型,并以夏热冬冷地区某小区区域供冷系统为例,分析了用电价格、比摩阻、供冷距离以及空调负荷等因素对供回水经济温差的影响.结果表明,当供回水经济温差为6.3℃时,年度费用最低,此时供水温度为5.9℃,与常规设计温度7/12℃相比,每年可节约2.4万元,经济温差随电价的增加而减小,随比摩阻、供冷距离、空调负荷的增大而增大.     

建筑空调系统最优停机时间预测与控制

针对建筑空调系统在停机阶段联合优化控制自然通风和室内空调系统,以在满足室内人员舒适的同时尽量减小建筑总能耗的问题,研究了自然通风量、风机盘管和新风送风量为控制输入,室内环境,包括空气温度、空气含湿量为系统状态,建筑总能耗为目标,室内人员舒适度为约束,且控制变量和状态变量受约束的最优控制问题。研究中通过采用神经网络来逼近和预测天气、室内初始环境参数与空调最优停机时间、最优联合控制策略之间的非线性映射关系,找到了一条简单可行、性能较好的非最优策略,极大地提高了联合控制策略的普适性和推广能力;经神经网络结构参数的优化配置后,建筑空调系统停机时间预测和控制的可靠性和精准性有所提高。室内环境状态和建筑能耗的数值比较表明:所提策略在有效降低问题复杂度和计算成本的同时,仿真时间在1h的尺度上可进一步节能约20%。     

季节性冰雪蓄冷技术在建筑空调中的应用

为研究季节性冰雪蓄冷技术在建筑空调中应用的可行性,在稳态传热及集总参数分析方法基础上,建立了圆柱形地下储库冰雪储存与释冷过程的数学模型,并得出模型的分析解。运用该模型对北京市商场、办公楼、宾馆和医院四类典型建筑应用季节性冰雪蓄冷技术进行空调供冷的特征参数进行了计算。提出了冰雪蓄冷匹配系数的定义,分析了其在不同储冰初始温度及年平均单位面积冷负荷条件下的变化规律。计算表明,冰雪蓄冷匹配参数主要受年平均单位面积冷负荷影响,而受储冰初始温度影响较小。     

基于GA-BP神经网络和改进粒子群算法的碰撞射流和冷却顶板复合空调系统优化

对碰撞射流和辐射顶板(IJV/RC)复合空调在不同室内负荷条件下运行时的室内热环境进行数值模拟,基于遗传算法-反馈(GA-BP)神经网络建立运行性能(吹风感R_PD,头足温差Δt,空气交换效率e_ACE,工作区平均温度t_a)与设计变量(送风温度t_s、送风速度v_s、冷却顶板内表面温度t_c、房间负荷Q_c)之间的预测模型,通过相关性分析确定设计变量对运行性能影响的显著性并排序。结果表明,增大v_s可使Δt降低,但R_PD增大;增大t_c有助于降低Δt和R_PD,但t_a升高;为使t_a下降,可通过降低t_s来实现,但室内空气质量变差。为确保IJV/RC复合空调能在保证室内热舒适的同时提供良好室内空气品质,利用改进粒子群算法对复合空调的运行性能进行多目标同时优化,建立不同房间负荷条件下的设计参量最优匹配关系。...     

基于气象日序数的同时发生设计日挑选方法

传统空调设计气象参数设计日对气象参数间的同时发生性考虑不足，导致空调系统的设计冷负荷与实际峰值冷负荷相差甚远. 为挑选出计算空调系统设计负荷的更合理的同时发生设计日，提出了一种基于气象日序数的空调设计同时发生设计日挑选方法. 该方法首先定义气象日序数的概念，用历史实测气象数据和动态负荷计算模型计算房间动态负荷，基于室内热环境风险水平挑选通用气象日序数集，提出多维多参数聚类分析方法，从通用气象日序数集中选取代表性的同时发生设计日. 运用该方法从香港和长沙的长年实测气象数据中挑选出两个地区的同时发生设计日. 实例研究表明，该方法挑选出的同时发生设计日数量少，适合于工程设计应用. 与传统设计日对比表明，气象日序数方法给出的同时发生设计日计算设计冷负荷准确性更高，能满足工程设计准确性要求.     

基于深度学习的房间冷负荷预测模型

准确的房间冷负荷预测是空调运行过程节能的基础.首先,根据房间能量平衡方程,通过分析供冷量、冷负荷和蓄热量的关系,提出调温模式下房间负荷预测模型;然后,利用频域分解法实现蓄热计算,应用深度循环神经网络实现温度恒定条件下冷负荷预测;最后,综合温度变化下的蓄热量和温度恒定条件下的冷负荷预测,得到调温模式下房间冷负荷预测值.为提升深度学习算法收敛速度,在深度循环神经网络反向传播修正参数的过程中引入了高斯-牛顿法-LM (Levenberg-Marquardt)法自适应切换的学习算法.仿真实验和实测实验均表明,该方法能快速有效地实现房间逐时负荷预测.本方法实现了调温模式下房间负荷需求的快速精确计算,可用于实现建筑被动热储能的定量计算,同时为整个电网需求侧直接负荷控制提供可借鉴的思路.     

基于驾驶舒适度的刹车策略

为了研究刹车过程中驾驶员的驾驶舒适度与踏板力的关系,以刹车过程中汽车加速度作为驾驶舒适度的量化指标,建立汽车动力学模型和多目标优化的方法,得到驾驶舒适度、制动距离和踏板力三者的数学关系模型,利用MATLAB软件分析该数学关系模型,得到最小踏板力。结果表明,通过多目标优化方法得到的最小踏板力使得制动距离小于安全距离,同时驾驶舒适度最好。     

综合气象指数对电力负荷的影响分析

引入了生物气象学中的实感温度、温湿指数、寒湿指数、舒适度指数4个指标来综合衡量气象因素对电力负荷的影响．以重庆市区为例,分析了各综合指数与负荷的关系,并绘制出观测年内的电力负荷与综合指数的关系曲线．分析表明：负荷一舒适度指数比值曲线在整个坐标轴范围内比值很稳定,说明舒适度指数相对于温度能更好地反映电力负荷的变化．同时还定性地分析了降雨量对电力负荷的影响．     

冰蓄冷系统基于负荷预测和优化的实时控制

首先基于西安地区某办公楼空调季节的数据,进行了逐时温度和冷负荷的预测。然后,讨论了温度预测对负荷预测,负荷预测对离线优化的影响。结果表明,人工神经网络冷负荷预测的准确度不受异常天气情况的影响;而负荷预测的准确度直接影响非线性优化的结果;在线修正是至关重要的。最后,给出了实时控制中负荷预测及离线优化结果在线修正的实例。