一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法，该方法包括以下步骤：首先统计中央空调系统在不同工况下的运行数据并对其进行预处理，其次基于设备的机理框架，利用预处理的数据建立能够充分反映系统各个设备性能的数学模型，随后搭建中央空调系统中设备间的约束以及耦合关系，最后基于末端冷量需求，利用遗传算法对中央空调系统进行全局寻优计算，得出该末端冷负荷需求下的最节能的运行工况，从而下发控制指令，实现中央空调系统的运行节能。本发明专利技术可用于中央空调系统节能优化运行控制，基于遗传算法从上万种运行组合当中快速求解得到最为节能的一种运行方式，实现了中央空调系统实时控制的节能性，解决了中央空调系统能耗过大的问题。调系统能耗过大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法


[0001]本专利技术属于集中空调系统节能优化控制
，具体涉及一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法。

技术介绍

[0002]目前，中央空调系统运行能耗一般占建筑总能耗的45％以上，耗能较大。正确地把握中央空调系统各个设备的性能特性，建立合适的模型，是制定合理的节能优化控制方案的前提。当前行业上对中央空调系统的优化大多是针对单个设备进行优化或以冷水机组为核心对中央空调系统进行优化，缺乏全局优化的智能化控制系统，但是中央空调系统是一个整体，各个设备之间具有强耦合的关系，仅仅围绕着某个设备进行中央空调系统的优化并不能做到深度的优化，有时候甚至会导致系统总体能耗更大。此外，行业上对于设备性能模型的建立有采用纯物理模型以及纯数据驱动模型的技术。对于纯物理模型，可以基于少量的数据就能够建立精度较为准确的模型，但是该模型需要设备内部较多的参数并且这类参数不易获取，难以应用于实际工程；对于纯数据驱动模型，例如神经网络模型，需要基于大量的运行数据驱动建模，其模型质量取决于训练数据质量的好坏，在项目初期以及运行数据匮乏下难以应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法，解决了中央空调系统在实际运行中由于设备较多且存在较为复杂的耦合关系，导致中央空调系统在随着末端冷负荷的变化进行实时调节控制时，难以使其运行状态达到中央空调系统最为节能的工况的问题，实现了对中央空调系统的智能化控制，大大降低了中央空调系统的运行能耗。
[0004]本专利技术的目的通过以下方案实现，一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法，包含以下步骤：
[0005]步骤一：进行中央空调系统实际运行数据统计与数据预处理；
[0006]步骤二：基于数据驱动以及机理框架建立冷水机组的COP性能模型；
[0007]步骤三：基于数据驱动以及机理框架建立水泵的能耗模型；
[0008]步骤四：基于数据驱动以及机理框架建立冷却塔的能耗模型；
[0009]步骤五：采用遗传算法对中央空调系统总能耗的主要控制变量进行整体寻优。
[0010]进一步地，所述步骤一进行中央空调系统实际运行数据统计与数据预处理的具体步骤包括：
[0011]①
数据统计：首先需要采集各种不同工况下的中央空调系统的实际运行数据，包括：(a)冷冻水供水温度；(b)冷冻水回水温度；(c)冷水机组运行功率；(d)冷冻水流量；(e)冷却水出水温度；(f)冷却水进水温度；(g)冷却水流量；(h)冷冻水泵与冷却水泵运行频率；(i)冷冻水泵与冷却水泵功率；(j)系统设定的控制压差值。
[0012]②
数据筛选：完成实际数据统计后进行数据筛选。利用式(1)计算中央空调系统的冷负荷再利用式(2)计算系统的总排热量，进而利用式(3)计算负荷不平衡率，利用式(4)计算出冷机COP，剔除所有不平衡率超过15％、COP值位于(μ
‑
3σ，μ+3σ)区间外以及冷冻水泵运行频率低于30Hz以及高于50Hz的异常数据。COP异常值的认定规则如下：其中μ为所有数据中COP的平均值，σ为所有数据种COP的标准差。完成数据的统计以及预处理后即可进行设备能耗模型的建立。
[0013]Q
e
＝c
·
m
chw
·
(T
chwr
‑
T
chws
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0014]Q
c
＝c
·
m
cw
·
(T
cwo
‑
T
cwi
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
[0015][0016][0017]式中，Q
e
为冷机直接负荷，kW；c为水的比热容，kJ/kg
·
℃；m
chw
为冷冻水体积流量，m3/s；T
chwr
为冷冻水回水温度，℃；T
chws
为冷冻水供水温度，℃；Q
c
为冷机冷却量，kW；m
cw
为冷却水体积流量，m3/s；T
cwo
为冷却水出水温度，℃；T
cwi
为冷却水进水温度，℃；B
a
为负荷不平衡率；P1为制冷机组的能耗，kW；COP为冷机能效比。
[0018]进一步地，所述步骤二基于数据驱动以及机理框架建立冷水机组的COP性能模型的具体步骤包括：经过步骤一筛选出数据之后，根据实测的中央空调系统的冷负荷Q
e
、冷冻水供水温度T
chws
、冷却水进水温度T
cwi
，建立式(5)所示的冷水机组的机理框架，运用最小二乘法辨识得出a1～a8的所有参数，从而建立起冷水机组的COP性能模型，再利用式(6)计算得出冷水机组的能耗P。
[0019]COP＝a1+a2·
Q
e
+a3·
T
chws
+a4·
T
cwi
+a5·
Q
e2
+a6·
Q
e
·
T
chws
+a7·
Q
e
·
T
cwi
+a8·
T
chws
·
T
cwi
ꢀꢀ
式(5)
[0020][0021]式中，P1为制冷机组的能耗，kW；T
chws
为冷冻水供水温度，℃；T
cwi
为冷却水进水温度，℃；Q
e
为中央空调系统冷负荷，kW；a
i
为模型参数，可基于冷水机组实际运行数据辨识获取，i＝1，2，3
……
。
[0022]进一步地，所述步骤三基于数据驱动以及机理框架建立水泵的能耗模型的具体步骤包括：建立如式(7)、(8)所示的冷冻水泵及冷却水泵的机理框架，通过式(7)可以计算得到冷冻水泵及冷却水泵的能耗，其中式(7)中的n由式(8)计算得到，式(8)中的β由压差控制点的位置决定，越靠近末端β值越小，越靠近水泵β值越大，其取值范围为0～1。计算得出n后再根据筛选后的数据对公式(7)进行参数辨识，从而得出b1、b2。
[0023]P
2，3
＝b1·
m
n
+b2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(7)
[0024]n＝
‑
1.3429
·
β+2.35
ꢀꢀꢀꢀ
式(8)
[0025]式中，P
2，3
为冷冻、冷却水泵的能耗，kW；m为当前水泵体积流量，m3/s；β为压差控制比，为系统控制压差与系统额定压差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤一：进行中央空调系统实际运行数据的统计与数据预处理；步骤二：基于数据驱动以及机理框架建立冷水机组的COP性能模型；步骤三：基于数据驱动以及机理框架建立水泵的能耗模型；步骤四：基于数据驱动以及机理框架建立冷却塔的能耗模型；步骤五：采用遗传算法对中央空调系统总能耗的主要控制变量进行整体寻优。2.根据权利要求1所述的一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法，其特征在于：所述步骤一中，进行中央空调系统实际运行数据统计与数据预处理，需要统计实际运行数据并计算得到冷机COP，剔除所有不平衡率超过15％、COP值位于(μ
‑
3σ，μ+3σ)区间外以及冷冻水泵、冷却水泵运行频率低于30Hz以及高于50Hz的异常数据。其中，μ、σ分别为所有数据中COP的平均值与标准差。3.根据权利要求1所述的一种基于智能化控制的中央空调系统节能方法，其特征在于：所述步骤二中，基于数据驱动以及机理框架建立冷水机组的COP性能模型，通过冷冻水供水温度、冷却水回水温度、中央空调系统冷负荷与冷水机组实测COP，利用特征系数辨识的方法建立起冷水机组的COP性能模型，基于该模型可以计算出任意运行工况下的冷水机组COP，进一步通过能耗公式计算得到冷水机组的实时能耗。4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜承初，郭亚，方钧楗，石靖峰，盛凯，
申请(专利权)人：青岛海信日立空调系统有限公司，
类型：发明
国别省市：