论文部分内容阅读
摘 要：随着社会的不断进步，空调已经广泛应用于人们的日常生活中，尽管它给人们带来了良好的生活环境，但同时也使资源受到了大大的损耗，据有关部门统计空调系统能耗占到了建筑总能耗的30%。基于此，该文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，研究了自然通风量，风机盘管和新风送风量等，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，并提出节能措施。
关键词：建筑空调系统 节能 神经网络 最优控制
中图分类号：TU831.3+5 文献标识码：A
由于室内存在灯光、家用电器等影响因素，所以，在不同季节室外相对较冷时，室内温度较高，仍然需要制冷。很多学者均基于现场测试数据或空调运行的历史数据研究了空调系统最优停机时间用空调系统的预测负荷和负荷递减速率表示，但受限于地理位置和测试误差。本文引用自然免费资源、室内人员行为信息来优化控制空调系统停机过程，使得在满足室内人员舒适要求的同时，尽可能降低能源消耗。
一、空调设计参数
l.空气设计参数
1.1室内空气参数
根据空调的目的，可以分为舒适性空调和工艺性空调。目前使用多为舒适性空调。根据国际规范，对于舒适性空调，室内设计参数可按下表选取.
室内空气设计参数
季节 温度（℃） 相对湿度（%） 风速（m/s）
夏季 24-28 40-65 <0.3
冬季 18-22 40-60 <0.2
1.2室外空气状态
室外空气参数通过与室内空气的热量交换而影响空调系统的冷热负荷，但是室外空气状态是不断变化的，比较合理的方法是采用昂可几空气状态，具体数值参见相应的规范或手册。
2.空调热湿负荷的估算
热湿负荷的大小直接决定空调系统的规模. 可根据以下经验数据估算。
表2 空调系统负荷指标（w/m：）
建筑物名称 办公楼 高层建筑 旅馆 商店 医院 剧场
夏季空调负荷 95-116 105-145 70-95 210-240 105-130 230-350
冬季空调负荷 60-80 70-90 60-70 60-90 60-80 95-115
3.新风负荷的估算
新风负荷的大小对系统能耗的影响非常大，但是，过分减步新风量、增加回风量会导致室内空气质量下降，不能满足卫生要求。具体数值可按下表选取
表3 最小新风量（m，/h/，k）
剧场 商店 高级客房 餐厅 办公室 会议室
8.5 8.5 30 20 25 50
空调设计神经网络与仿真
控制目标函数：
式中 FCU-—风机盘管 FAU-—新风机组、建筑和空调系统热传递过程
仿真分析
许多学者对目标控制函数进行分析依据建筑和空调系统热传递过程用样本理论和机器学习的方法已神经网络来逼近得出空调停机过程中采用自然通风与室内FCU、FAU 联合控制的优化模型，利用动态规划可获得多种天气和室内初始时环境下的最优联合控制策略集。
三、节能措施
根据前人学者的研究要降低能耗需要从以下方面着手
1. 降低冷热负载
1.1设定合理的室内设置参数。国内的研究专家根据平日的空调使用情况研究出了最适合人类使用的室内空气参数范围，通常温度都是13～23 ℃，占到了其相对湿度20%～80%。（2）改善建筑的保温隔热能力。建筑房内的冷热量主要是通过墙体和门窗损耗的。（3）有效运用室外新风量。在建筑物总负荷中，新风负荷占到了20%～30%。（4）降低风机的电量消耗。为了减少风机的耗能量，可应用定期检查维修、维持良好的送风状态等方法实现。
2. 降低水泵电能消耗
2.1冷却水系统由开式转变为闭式
为了给冷却水由水池到高位冷却塔的过程中提供足够的能量，去掉冷却水池，使从冷却水塔返回的水管与冷却水泵直接相连，这就是所谓的闭式冷却水体系，如果管道中的冷却水存在阻力，就会大幅度的降低了水泵能得消耗。所以，选取扬程远远小于开式系统的闭式冷却水体系，可以有效的减少水泵的能量消耗。
2.2减小阀门、过滤器阻力
阀门和过滤器是空调水管路系统中的主要设备。科学的设置时间进行过滤器的清洗工作才能使空调系统的管理达到最佳状态。
2.3增加水泵利用率
水泵本身的状况会直接改变水泵的利用率，使其在不同的工作点由0到80%不断改变。在相同的环境下运输流体，同时输出功率也相等，则一旦水泵利用率太低，就必须具备较大的输入功率，这样就使水泵的能量消耗增大。为了让水泵达到最高的利用率，选取合适的水泵，并按照具体的型号及其使用性质进行空调系统设置，且确保水泵工作的最佳效果。
3.风机盘管系统
3.1风机盘管系统当中由于管径非常小，所以为了避免其产生结垢以及堵塞等问题，需要采用闭式系统，防止水质发生变化影响到风机盘管系统的正常运行。（2）为了防止发生结垢问题，要求热水温度不得超出60 ℃。而在该换热站当中实现了对冬季热水的自动控制。（3）在规定期间内要做好风机盘管回风口过滤器的清洗工作。在使用两年之后要还要彻底清洗风机盘管的外表面。
结语：
在大规模的建筑使用过程中，为了使这个故障得到有效的处理，大部分建筑的空调箱、新风机在空调应用的过程中都会让其24 h一直处于工作状态。总而言之，由于社会的不断发展，建筑的节能要求刻不容缓，同时从环境方面考虑，也是必须做的工作。
参考文献：
[1]MCQUADE J M.A system apporach to high performance building[EB/OL].[2012-12-10]
[2]SHELTON S V.JOYCE C T.Cooling tower optimization for centrifugal chillers [J].ASHRAE Journaal 1991.36（6）
[3]徐小艳，贾庆山，管晓宏.基于仿真的建筑空调和自然通风联合策略优化[C]∥第二届中国自动控制会议.北京：中国自动化学会，2011：137-145.
[4]江亿，燕达，宋芳婷.建筑能耗模拟方法与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[5]邓伟，金丕焕.人工神经网络及其在预防医学中的应用[J].中国公共卫生，2002，18（10）：1265-1267.
关键词：建筑空调系统 节能 神经网络 最优控制
中图分类号：TU831.3+5 文献标识码：A
由于室内存在灯光、家用电器等影响因素，所以，在不同季节室外相对较冷时，室内温度较高，仍然需要制冷。很多学者均基于现场测试数据或空调运行的历史数据研究了空调系统最优停机时间用空调系统的预测负荷和负荷递减速率表示，但受限于地理位置和测试误差。本文引用自然免费资源、室内人员行为信息来优化控制空调系统停机过程，使得在满足室内人员舒适要求的同时，尽可能降低能源消耗。
一、空调设计参数
l.空气设计参数
1.1室内空气参数
根据空调的目的，可以分为舒适性空调和工艺性空调。目前使用多为舒适性空调。根据国际规范，对于舒适性空调，室内设计参数可按下表选取.
室内空气设计参数
季节 温度（℃） 相对湿度（%） 风速（m/s）
夏季 24-28 40-65 <0.3
冬季 18-22 40-60 <0.2
1.2室外空气状态
室外空气参数通过与室内空气的热量交换而影响空调系统的冷热负荷，但是室外空气状态是不断变化的，比较合理的方法是采用昂可几空气状态，具体数值参见相应的规范或手册。
2.空调热湿负荷的估算
热湿负荷的大小直接决定空调系统的规模. 可根据以下经验数据估算。
表2 空调系统负荷指标（w/m：）
建筑物名称 办公楼 高层建筑 旅馆 商店 医院 剧场
夏季空调负荷 95-116 105-145 70-95 210-240 105-130 230-350
冬季空调负荷 60-80 70-90 60-70 60-90 60-80 95-115
3.新风负荷的估算
新风负荷的大小对系统能耗的影响非常大，但是，过分减步新风量、增加回风量会导致室内空气质量下降，不能满足卫生要求。具体数值可按下表选取
表3 最小新风量（m，/h/，k）
剧场 商店 高级客房 餐厅 办公室 会议室
8.5 8.5 30 20 25 50
空调设计神经网络与仿真
控制目标函数：
式中 FCU-—风机盘管 FAU-—新风机组、建筑和空调系统热传递过程
仿真分析
许多学者对目标控制函数进行分析依据建筑和空调系统热传递过程用样本理论和机器学习的方法已神经网络来逼近得出空调停机过程中采用自然通风与室内FCU、FAU 联合控制的优化模型，利用动态规划可获得多种天气和室内初始时环境下的最优联合控制策略集。
三、节能措施
根据前人学者的研究要降低能耗需要从以下方面着手
1. 降低冷热负载
1.1设定合理的室内设置参数。国内的研究专家根据平日的空调使用情况研究出了最适合人类使用的室内空气参数范围，通常温度都是13～23 ℃，占到了其相对湿度20%～80%。（2）改善建筑的保温隔热能力。建筑房内的冷热量主要是通过墙体和门窗损耗的。（3）有效运用室外新风量。在建筑物总负荷中，新风负荷占到了20%～30%。（4）降低风机的电量消耗。为了减少风机的耗能量，可应用定期检查维修、维持良好的送风状态等方法实现。
2. 降低水泵电能消耗
2.1冷却水系统由开式转变为闭式
为了给冷却水由水池到高位冷却塔的过程中提供足够的能量，去掉冷却水池，使从冷却水塔返回的水管与冷却水泵直接相连，这就是所谓的闭式冷却水体系，如果管道中的冷却水存在阻力，就会大幅度的降低了水泵能得消耗。所以，选取扬程远远小于开式系统的闭式冷却水体系，可以有效的减少水泵的能量消耗。
2.2减小阀门、过滤器阻力
阀门和过滤器是空调水管路系统中的主要设备。科学的设置时间进行过滤器的清洗工作才能使空调系统的管理达到最佳状态。
2.3增加水泵利用率
水泵本身的状况会直接改变水泵的利用率，使其在不同的工作点由0到80%不断改变。在相同的环境下运输流体，同时输出功率也相等，则一旦水泵利用率太低，就必须具备较大的输入功率，这样就使水泵的能量消耗增大。为了让水泵达到最高的利用率，选取合适的水泵，并按照具体的型号及其使用性质进行空调系统设置，且确保水泵工作的最佳效果。
3.风机盘管系统
3.1风机盘管系统当中由于管径非常小，所以为了避免其产生结垢以及堵塞等问题，需要采用闭式系统，防止水质发生变化影响到风机盘管系统的正常运行。（2）为了防止发生结垢问题，要求热水温度不得超出60 ℃。而在该换热站当中实现了对冬季热水的自动控制。（3）在规定期间内要做好风机盘管回风口过滤器的清洗工作。在使用两年之后要还要彻底清洗风机盘管的外表面。
结语：
在大规模的建筑使用过程中，为了使这个故障得到有效的处理，大部分建筑的空调箱、新风机在空调应用的过程中都会让其24 h一直处于工作状态。总而言之，由于社会的不断发展，建筑的节能要求刻不容缓，同时从环境方面考虑，也是必须做的工作。
参考文献：
[1]MCQUADE J M.A system apporach to high performance building[EB/OL].[2012-12-10]
[2]SHELTON S V.JOYCE C T.Cooling tower optimization for centrifugal chillers [J].ASHRAE Journaal 1991.36（6）
[3]徐小艳，贾庆山，管晓宏.基于仿真的建筑空调和自然通风联合策略优化[C]∥第二届中国自动控制会议.北京：中国自动化学会，2011：137-145.
[4]江亿，燕达，宋芳婷.建筑能耗模拟方法与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[5]邓伟，金丕焕.人工神经网络及其在预防医学中的应用[J].中国公共卫生，2002，18（10）：1265-1267.