辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)用能優(yōu)化研究.pdf

1、持續(xù)增長(zhǎng)的空調(diào)能量消耗和電力需求不斷挑戰(zhàn)著空調(diào)用戶和電力供應(yīng)商。辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)存在能效低下及能量浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象，因此依據(jù)不同的電價(jià)機(jī)制，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能量消耗進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)空調(diào)用戶和電力供應(yīng)商的雙贏，是本文研究的出發(fā)點(diǎn)。能量利用效率是轉(zhuǎn)換效率、傳輸效率和終端使用效率相乘得到的，終端使用效率的提高，可以減少整個(gè)能源轉(zhuǎn)換和傳輸鏈的消耗。而目前常采用的空調(diào)系統(tǒng)能量分析方法，主要注重空調(diào)系統(tǒng)的傳輸轉(zhuǎn)換鏈這一環(huán)節(jié)。因此，尋求一種從使用效率開始，接著

2、逆向分析傳輸轉(zhuǎn)換效率的空調(diào)系統(tǒng)能量使用分析方法，是目前亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，不同電價(jià)機(jī)制下的室內(nèi)冷負(fù)荷的需求優(yōu)化是提高空調(diào)系統(tǒng)使用效率的有效方法。而基于空調(diào)系統(tǒng)能量輸入比的概念，對(duì)風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)和變風(fēng)量空調(diào)的傳輸轉(zhuǎn)換鏈進(jìn)行了優(yōu)化，是提高空調(diào)系統(tǒng)傳輸轉(zhuǎn)換效率的主要手段。
　　 本文對(duì)不同電價(jià)機(jī)制下的辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化方法進(jìn)行了深入的研究，主要的研究工作概括如下:
　　 1、針對(duì)在不同電價(jià)機(jī)制下，空調(diào)系統(tǒng)基線冷負(fù)荷難

3、以預(yù)測(cè)的問(wèn)題，提出一種基于模糊C-均值聚類預(yù)處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷基線預(yù)測(cè)方法。采用模糊C-均值聚類的方法對(duì)預(yù)測(cè)日各時(shí)刻的室外氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了聚類;在此基礎(chǔ)上，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)大量的訓(xùn)練樣本進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到了各時(shí)刻的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該預(yù)測(cè)模型整體預(yù)測(cè)精度都高于線性模型，對(duì)于小時(shí)負(fù)荷變化較大的時(shí)刻，更是顯示了該模型的優(yōu)越性。
　　 2、針對(duì)在固定電價(jià)下，空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)溫度設(shè)定值常采用固定設(shè)定值的問(wèn)題，提出一種根

4、據(jù)室外逐時(shí)溫度動(dòng)態(tài)設(shè)定室內(nèi)溫度值的方法。通過(guò)獲得的動(dòng)態(tài)室內(nèi)溫度設(shè)定值，可以得到空調(diào)系統(tǒng)的最小冷負(fù)荷需求。首先，以一間典型的辦公房間為例，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)帶有熱物質(zhì)的簡(jiǎn)化模型，建立了空調(diào)冷負(fù)荷與室內(nèi)溫度設(shè)定值和室外逐時(shí)溫度的熱平衡方程;然后，對(duì)舒適度指標(biāo)公式進(jìn)行了簡(jiǎn)化，建立了舒適度指標(biāo)與室內(nèi)溫度設(shè)定值和熱物質(zhì)內(nèi)表面溫度的關(guān)系模型;最后，基于上述模型，建立了以空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷需求最小為目標(biāo)，舒適度指標(biāo)為約束，室內(nèi)溫度設(shè)定值為決策變量的優(yōu)化模型。實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果表明建筑熱物質(zhì)能夠延遲冷負(fù)荷峰值的產(chǎn)生時(shí)間，具有削峰填谷的作用。動(dòng)態(tài)溫度設(shè)定值相比于26℃固定溫度設(shè)定值，不僅空調(diào)冷負(fù)荷需求減少了7％，而且還能改善PMV的指標(biāo)。優(yōu)化后的固定電價(jià)室內(nèi)冷負(fù)荷與基線冷負(fù)荷相比，削減了11.2％。
　　 3、針對(duì)在分時(shí)電價(jià)下，采用預(yù)冷控制策略時(shí)，室內(nèi)冷負(fù)荷需求難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題，提出一種以空調(diào)系統(tǒng)電費(fèi)最省為目標(biāo)的室內(nèi)溫度值優(yōu)化設(shè)定方法。通過(guò)優(yōu)化后獲得的室內(nèi)溫度設(shè)定值，可以得到空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求。以

6、一間典型的辦公房間為例，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)帶有熱物質(zhì)的簡(jiǎn)化模型，建立了工作期間和預(yù)冷期間的室內(nèi)溫度設(shè)定值與空調(diào)冷負(fù)荷的熱平衡方程;通過(guò)分析建筑熱物質(zhì)模型中各參數(shù)對(duì)冷負(fù)荷的影響，建立了以空調(diào)系統(tǒng)電費(fèi)最省為目標(biāo)，舒適度指標(biāo)為約束，室內(nèi)溫度設(shè)定值和預(yù)冷時(shí)間為決策變量的優(yōu)化模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在兩階段分時(shí)電價(jià)下，利用建筑熱物質(zhì)的蓄熱功能，提前兩小時(shí)采用預(yù)冷控制策略，相對(duì)于沒(méi)有采用預(yù)冷策略的空調(diào)系統(tǒng)，在保證室內(nèi)舒適度的前提下，可以節(jié)省9％的空調(diào)電費(fèi)。優(yōu)化

7、后的分時(shí)電價(jià)室內(nèi)冷負(fù)荷與基線冷負(fù)荷相比，削減了25.5％。由此可見，采用分時(shí)電價(jià)機(jī)制可以起到移峰填谷的作用。
　　 4、針對(duì)風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)水泵控制常采用固定最不利支路位置和固定壓差的問(wèn)題，提出一種最不利支路位置和壓差可變的優(yōu)化方法。首先，從水力失調(diào)度的定義出發(fā)，以固定電價(jià)下得到的室內(nèi)冷負(fù)荷需求為前提，提出了一種根據(jù)水力失調(diào)度來(lái)確定最不利支路位置的判定方法;然后，根據(jù)判定的最不利支路位置，對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)流量調(diào)節(jié);最后，在固定電價(jià)

8、下，以水泵能量輸入比最小為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)各管路阻力特性系數(shù)和水泵揚(yáng)程進(jìn)行了優(yōu)化控制;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該優(yōu)化方法相比于末端壓差控制方法而言，水泵能耗不僅降低了20％左右，而且還能改善水力失調(diào)的現(xiàn)象。
　　 5、針對(duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，從空調(diào)系統(tǒng)傳輸轉(zhuǎn)換效率的角度出發(fā)，以第二、三章得到的空調(diào)冷負(fù)荷需求為基礎(chǔ)，提出一種基于系統(tǒng)能量輸入比的空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化模型。首先根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備的特性，建立了各設(shè)備功率的性能曲線模型，并根據(jù)各設(shè)備的性能曲線模型，

9、建立了空調(diào)系統(tǒng)能耗的性能曲線模型;然后根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的能量守恒約束、各設(shè)備的性能約束和各設(shè)備之間的耦合約束建立了空調(diào)系統(tǒng)的約束模型;最后對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，以空調(diào)系統(tǒng)能量輸入比最小為目標(biāo)，建立了空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備輸出設(shè)定值優(yōu)化模型;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法與以系統(tǒng)能耗比最小為目標(biāo)的優(yōu)化方法相比，固定電價(jià)下的系統(tǒng)功率提高了6.89％，分時(shí)電價(jià)下的系統(tǒng)功率提高了7.28％。因此，該方法具有更好的節(jié)能效果。
　　 本文最后在總結(jié)全文工作的基礎(chǔ)