辐射末端复合空调系统监督控制方法研究

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辐射空调系统由于能够采用高温冷水以辐射换热方式输出冷量,因而具有较高的节能潜力。但由于辐射末端无法承担潜热负荷,需要与其他辅助末端构成复合系统联合运行。这种复合系统由于需要避免辐射表面结露,且许多辐射末端具有较大的热惰性,因而其动态调节较为困难。只有在合理的控制措施下,才能够充分发挥该系统的节能潜力。可见如何动态优化复合末端系统运行参数,以最小系统运行能耗保障室内舒适度是该类复合空调系统运行控制的一项关键问题。监督控制技术能够动态调节系统的运行参数,使系统保持在最佳的运行状态,从而降低系统运行能耗。该技术为辐射末端复合空调系统的自适应优化控制提供了一种解决方案。但是监督控制技术需要以能够表达设备真实特征的模型为基础,而系统运行的历史数据恰恰是对空调系统各设备实时特性最为真实的表达。可见建立一套行之有效的系统运行数据分析方法,对系统特性与设备特性进行识别,建立复合空调系统监督控制所需的设备模型,无疑能够提高监督控制策略的性能,有利于发挥辐射末端复合空调系统的节能潜力。为此,本文以辐射末端复合空调系统为研究对象,基于系统的历史运行数据,采用数据挖掘方法对复合系统中的各类设备数据处理方法进行研究,确定了系统设备的数据挖掘模型结构;建立了辐射末端复合空调系统建筑传热过程的快速计算方法;构建了考虑建筑传热过程、设备特性的复合空调监督控制方法;并通过试验与仿真模拟对其适用性进行了分析验证。详细研究内容如下:对于复合系统中的子系统或独立控制的设备而言,能够反映其特性的数据只是大量系统运行历史数据中的一部分;为利用运行数据辨识设备特性,本文基于数据挖掘方法和空调系统专业知识建立了一套行之有效的空调系统运行数据处理方法,从系统数据中识别有用的数据并进行处理,为建立设备数据挖掘模型提供了样本数据处理的标准流程。本文以包含各类设备的辐射末端复合空调系统为研究对象,对空调系统设备中各类线性、非线性、不同时间常数的设备(冷水机组、无级变频泵、定速泵、分级变速的风机、板式换热器、盘管换热器、辐射地板等)数据挖掘模型结构进行对比分析,最终按类别确定了各类设备模型的普适结构,为构成复合空调系统监督控制算法提供了能够反映设备真实特征的预测模型。建立了辐射末端与空气末端构成的复合空调系统建筑传热过程快速计算方法。采用神经网络黑箱模型、RC半经验模型、物理模型构建了应用辐射末端复合空调系统的建筑室内环境和复合末端负荷预测的混合模型。基于优化算法对运行数据进行分析,建立了模型参数的快速辨识方法,使模型具备了快速识别建筑传热过程,并预测室内环境及复合末端设备负荷的能力。基于广义的模型预测控制概念,建立了辐射末端复合空调系统监督控制算法。监督控制算法采用了系统设备的数据挖掘模型,以及采用混合模型的复合空调系统建筑物传热模型。通过对室内操作温度、相对湿度、以及系统总能耗的多目标优化,实时动态的求解出系统最优的运行控制参数,实现了对辐射末端复合空调系统的自适应运行优化。最后,建立了辐射末端复合空调系统监督控制试验系统和工程应用仿真平台。采用试验系统对基于数据挖掘模型的辐射末端复合系统监督控制算法进行了试验验证。采用仿真平台对应用本文监督控制方法的实际工程进行了仿真模拟。试验结果与仿真实验结果均表明本文建立的监督控制方法能够有效提高复合空调系统的运行效率。综上研究可知,本文建立的基于运行数据的辐射末端复合空调系统监督控制方法,通过对系统历史运行数据的分析,能够协调复合系统各个子系统的运行,提高了系统的运行能效,在满足舒适度要求的条件下,可有效降低系统能耗,实现了复合系统运行优化的目标。
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