【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制加热、通风和空调(HVAC)系统的操作的系统和方法
[0001]本专利技术总体上涉及加热、通风和空调(HVAC)系统，并且更具体而言，涉及控制加热、通风和空调(HVAC)系统的操作的系统和方法。
技术介绍
[0002]气流动力学就加热和制冷负荷计算对建筑能量模拟(BES)有很大影响。涉及分层气流分布的通风系统正在兴起，因为其可以实现更好的热舒适度和能源性能。例如，置换通风、自然通风和先进通风方法。这些通风系统是为大空间或高热增益的空间提供的。因此，需要两种动力学即BES和气流动力学(由CFD表示)的结合。建筑能量模拟(BES)用于预测热负荷、系统(建筑)、对热负荷的反应和由此产生的能量使用以及建筑能量性能指标(如居住者舒适度和能耗成本)。计算流体动力学(CFD)用于预测房间中的气流、温度和湿度分布信息。
[0003]这些模型中的每一者均以独立的方式受到某些限制。为了简化运算，BES模型(例如EnergyPlus、TRNSYS、ESP
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r、IDA
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ICE、BSIM)假设室内空气混合良好，因此，不考虑气流和温度的分层或热负荷的非均匀来源。这种限制则导致对建筑能耗和HVAC系统的闭环控制性能的不准确预测。相反，CFD模型不考虑复杂的边界条件，例如环境天气(太阳辐射)、空气处理机(风扇)、热交换器(蒸发器)和蒸汽压缩系统模型。
[0004]由于动态特性的多尺度、高度非线性和复杂性质，设计高能效的加热、通风和空调(HVAC)系统模拟是一项具有挑战性的任务。>[0005]在其它方法中，CFD与BES模型结合用于气流动力学和传热预测，以纳入相变制冷剂流的复杂动态特性、环境天气因素、太阳辐射、墙壁热损失等。然而，这类方法只考虑到BES提供的反馈控制，并且它们只是简单地使用CFD进行模拟。此外，目前的协同模拟方法忽略了气流优化，并且在建筑侧优化的情况下，采用了粗暴方法。因此，需要一种系统和方法来提供HVAC系统的优化设计和控制。
技术实现思路
[0006]一些实施方式的目标是提供用于控制加热、通风和空调(HVAC)系统的操作的系统和方法。此外，一些实施方式的目标还在于实现目标热状态分布和优化HVAC系统的性能。此外，或另选地，一些实施方式的目标还在于确定用于优化HVAC系统的设计的一个或多个设计变量。
[0007]一些实施方式基于改变HVAC系统的致动器的状态的目标，以确保要调节的环境的居住者的热舒适度。致动器的状态的实施例包括HVAC的压缩器的速度、各种阀的位置、引导废气的空气叶栅的旋转位置等。为此，基于HVAC致动器的控制旨在确定HVAC致动器的状态，以满足环境的居住者所理想的设定点。基于HVAC致动器的控制确定HVAC致动器的状态以满足设定点。随后，根据确定的满足设定点的HAVC致动器的状态，经由入口将空气输出至环境。在基于HVAC致动器的控制中，HVAC致动器的状态是控制的主要目标，而输出空气的热状
态是次要的，并作为副产物对待。输出空气的热状态包括由HVAC系统输出至环境的空气的温度、速率和湿度的一者或组合。由于输出空气的热状态是通过改变HAVC致动器的状态来控制的，因此可能无法直接确定输出空气的热状态。
[0008]为此，一些实施方式通过考虑将输出空气的热状态作为控制的主要目标来反演这一准则。首先，确定导致达到理想的设定点的输出空气的热状态。随后，确定导致所确定的输出空气的热状态的HVAC致动器的状态。即，HAVC致动器的状态是针对HVAC系统从入口处的输出而确定的，而不是针对设定点确定的。
[0009]为此，一些实施方式基于这样的认识，即可以将输出空气的热状态用作边界条件，以估计受调节的环境中的热状态分布。气流动力学模型(ADM)可以用于估计边界条件下的热状态分布。ADM使用纳维
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斯托克斯方程和能量方程表示环境中的空气动力学，其中利用计算流体动力学(CFD)计算来对纳维
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斯托克斯方程和能量方程求解以估计热状态的分布。边界条件由两个方面限定，一个是通过建筑围护模型(BEM)，其使用建筑/空间的尺寸、建造材料、照明等信息；另一个是HVAC系统的输出，如入口空气速率、方向、湿度和温度。鉴于ADM、BEM和边界条件，可以使用计算流体动力学(CFD)计算来估计热状态分布。然而，不同的边界条件可以导致相同的热状态分布。
[0010]为此，一些实施方式基于这样的认识，即可以估计与HVAC的输出相关的边界条件，该边界条件可以实现理想的热状态分布，并且还优化HVAC系统的性能。因此，受HVAC系统的输出支配的边界条件被用作控制参数，以优化HVAC系统的性能，而不是将其作为输入。
[0011]为此，一些实施方式是基于估计边界条件值的目标的，该边界条件限定入口位置处的目标热状态，该目标热状态导致环境中的理想热状态分布，并且该边界条件还优化HVAC系统的性能以实现入口位置处的目标热状态。
[0012]为了实现以上关系，使用HVAC系统的模型建立连接HVAC系统的操作与气流动力学和待优化参数的关系。为此，一些实施方式使用由HVAC系统的结构给出的HVAC模型来实现上述关系。HVAC模型可以用于估计来自HVAC系统的输出(例如入口空气速率、方向、湿度和温度)。来自HVAC系统的估计输出可以用作ADM的边界条件，从而连接ADM和HVAC模型。
[0013]为此，一些实施方式基于这样的认知，即HVAC模型和建筑围护模型(BEM)两者都限定ADM的边界条件。例如，HVAC模型向ADM提供来自HVAC系统的输出，而建筑围护模型(BEM)提供所有表面的温度边界条件和/或当环境未被HVAC系统调节时环境的墙壁处空气的热状态的边界条件。因此，给出这些边界条件和适当的初始条件，ADM提供对入口位置处的导致环境中的理想热状态分布的目标热状态的估计。以这种方式，HVAC系统的操作可以与环境中的理想热状态分布连接，并且HVAC系统的性能被优化，同时实现环境中的理想热分布。在一些实施方式中，优化HVAC系统的性能包括优化HVAC系统的能耗。
[0014]可以使用ADM来确定给定边界条件的房间中的热状态分布。然而，一些实施方式对ADM进行反演，以估计限定入口位置处的目标热状态的入口位置的边界条件值，该入口位置的边界条件值导致环境中目标热状态分布。此外，使用HVAC模型，确定与环境中目标热状态分布相对应的HVAC系统的致动器的目标控制参数。随后，生成与目标控制参数相对应的控制命令并将该控制命令提交给HVAC系统。特别是，控制命令被提交给HVAC系统的控制器以根据目标控制参数操作HVAC系统的致动器和/或部件。
[0015]一些实施方式基于这样的认识，即入口位置处的目标热状态的不同组合值导致环
境中的目标热状态分布。为此，一些实施方式基于HVAC系统的性能指标选择热状态的组合的目标。HVAC系统的性能指标由多目标成本函数限定。多目标成本函数是HVAC系统的运行成本与目标热状态分布和相应的当前热状态分布本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制系统，所述控制系统用于控制加热通风和空调HVAC系统的操作，该HVAC系统配置成经由布置在室内环境的一面或多面墙壁上的一组位置处的一组入口向所述环境推送空气来调节所述环境，其中，在入口位置处推送到所述环境的空气的热状态包括空气的温度、速率和湿度中的一者或组合，所述控制系统包括：输入接口，所述输入接口配置成接受指示所述环境中的目标热状态分布的数据，其中，所述环境中的某一位置处的热状态包括空气的温度、速率和湿度中的一者或组合；存储器，所述存储器配置成存储气流动力学模型ADM以及限定所述HVAC系统的动力学的HVAC模型，该ADM限定所述环境中的热状态分布，所述热状态分布受所述环境的墙壁处的空气的热状态的边界条件的影响；处理器，所述处理器配置成：对所述ADM进行反演，以估计限定所述入口位置处的目标热状态的所述入口位置的边界条件值，所述入口位置的边界条件值导致所述环境中的所述目标热状态分布；使用所述HVAC模型，确定所述HVAC系统的致动器的导致所述入口位置处的所述目标热状态的目标控制参数；以及向所述HVAC系统提交控制命令，以根据所述控制参数操作所述HVAC系统的致动器。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述入口位置处的目标热状态值的不同组合导致所述环境中的目标热状态分布，并且其中，所述处理器基于所述HVAC系统的性能指标选择热状态组合。3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述性能指标由所述HVAC系统的操作成本和目标热分布与相应的当前热分布之间的差异的组合的多目标成本函数限定，使得所述处理器配置成通过最小化所述多目标成本函数来确定所述目标热状态。4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述处理器迭代地最小化所述多目标成本函数，直到满足终止条件，其中，为执行迭代，所述处理器配置成：确定所述成本函数对更新所述入口位置的边界条件的敏感度；在所述敏感度的方向上更新所述入口位置处的边界条件；利用更新的边界条件根据所述ADM确定当前热状态分布；以及确定所述HVAC系统的导致在所述入口位置处的更新的边界条件的操作成本。5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，当所述多目标成本函数的所述敏感度小于第一阈值，所述成本函数的值小于第二阈值，或迭代次数大于第三阈值时，所述终止条件得到满足。6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述存储器进一步存储建筑围护模型BEM，该BEM限定当所述环境未被所述HVAC系统调节时，所述环境的墙壁处的空气的热状态的边界条件，并且其中，所述处理器通过向所述BEM提交所述环境外的热状态值来将初始化所述边界条件。7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述目标热状态分布是不均匀的，在所述环境中的两个不同位置处具有至少两个不同的热状态值。8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述目标热状态分布是为所述环境的一个部分提供的，并且其...
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