集中空調變水量水系統(tǒng)實時優(yōu)化控制策略研究.pdf

1、集中空調在為人們營造舒適環(huán)境的同時也帶來了嚴峻的能耗問題，空調節(jié)能勢在必行。在影響空調系統(tǒng)能耗的眾多因素中，自動控制系統(tǒng)是很重要的方面。隨著越來越多大型樓宇自動控制系統(tǒng)(Building Automation System，BAS)的日益廣泛化，對整個建筑物的空調及其他系統(tǒng)進行集成化管理和最優(yōu)化控制已成為可能。當集中空調系統(tǒng)處于部分負荷時，如何通過優(yōu)化控制管理、實時合理地給出各下位機控制器的控制變量設定值？這些問題的解決好壞對整個系統(tǒng)的

2、能耗影響巨大，尤其在集中空調水系統(tǒng)中，管路復雜能耗大，若加強其優(yōu)化控制研究，必能開發(fā)整個空調系統(tǒng)的巨大節(jié)能潛力。同時，控制系統(tǒng)的優(yōu)化問題已成為提升空調系統(tǒng)的關鍵所在。 本文的目的是在建立仿真的基礎上，對建筑空調水系統(tǒng)的控制優(yōu)化問題進行研究。本文以典型的變水量（VWV，Variable Water Volume）系統(tǒng)為研究對象，以節(jié)能和拓展控制的可及性為目標，研究和設計各優(yōu)化控制策略對VWV系統(tǒng)的運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)更為復雜的特點，傳統(tǒng)的依賴經驗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，更不能很好地體現(xiàn)VWV系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢。本文首先建立了典型結構的建筑空調變水量水系統(tǒng)數(shù)字仿真器。在建立系統(tǒng)各部件數(shù)學模型的基礎上，以TRNSYS為系統(tǒng)仿真平臺，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)仿真器的運行速度，本文在建立系統(tǒng)的壓力流量平衡時，把各部件的壓力流量關系單獨抽取出來建立單獨的模型。系統(tǒng)

4、的仿真結果表明，系統(tǒng)數(shù)字仿真器能夠模擬實際系統(tǒng)的整體運行趨勢，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。 在仿真分析的基礎上，本文提出了對冷媒水供水壓差和供水溫度的單獨實時優(yōu)化以及串級優(yōu)化控制策略、多臺冷水機組聯(lián)合運行系統(tǒng)的最佳COP運行控制策略和多控制變量同時優(yōu)化的、在線可預測性的、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鍵因素，不合適的供水壓差和供水溫度設定

5、值有可能會造成系統(tǒng)的冷量供給不足或能耗的浪費，而且這兩個設定值又具有一定的相互補充的功能，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優(yōu)化控制策略。仿真的試驗結果表明，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。 冷水機組能耗是HVAC系統(tǒng)耗能的最主要部分，而冷水機組的能耗是與其負荷率密切相關的。對于多臺機組聯(lián)

6、合運行的系統(tǒng)，特別是不同額定功率的多臺并聯(lián)運行機組，它們在部分負荷下所承擔的負荷通常都未達到其額定負荷，因此通過優(yōu)化啟停機組的數(shù)目和優(yōu)化分配各臺機組的負荷以提高機組的負荷率是提高系統(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的兩種方法獲得機組COP與機組部分負荷率（PLR，Part Load Ratio）的關系，在建立冷水機組系統(tǒng)能耗方程的基礎上，利用序貫加權因子法（S

7、WIFT，Sequential Unconstrained Minimization Technique）的優(yōu)化方法求解獲得各臺機組所承擔負荷，并通過每臺機組冷媒水溫度的設定實施控制。仿真試驗結果表明，按照用戶負荷優(yōu)化機組啟停并優(yōu)化負荷分配之后，系統(tǒng)控制特性穩(wěn)定，能夠很好的滿足用戶側負荷，而且節(jié)能效果明顯。 最后，在局部優(yōu)化控制的研究基礎上，本文又提出了集中空調水系統(tǒng)層次的在線可預測性的優(yōu)化控制策略，該控制策略基于簡單的物理特性