呼吸式玻璃幕墙建筑室内光热环境调控方法研究

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呼吸式玻璃幕墙建筑因其独特的双层玻璃围护结构而具有节能性。目前研究多是以建筑围护结构优化为重点,以改进建筑的节能性,但在实际工程中,呼吸式玻璃幕墙室内光热环境受外界多种因素影响,控制的智能化直接关系到其节能效果,这就涉及到控制系统的设计与调控策略的优化问题。因此,本文针对呼吸式玻璃幕墙建筑室内光热环境的调控系统设计和策略优化展开研究。首先,建立呼吸式玻璃幕墙光热传递模型,结合实际工程项目,全面分析在西安气象条件下呼吸式玻璃幕墙建筑夏季、冬季以及全年的气候适应性,揭示夏季典型日下通风口开启扇角度和百叶帘角度变化对室内光热环境的影响规律。以夏季典型日为例,得到白天通风口开启扇和百叶窗随时间变化的最佳输入角度。百叶帘角度和通风口开启扇角度的调节通过对伺服系统的控制来实现。建立改进伺服电机自抗扰控制Simulink仿真模型。利用基于改进差分进化算法的自抗扰控制技术(DE-ADRC)动态整定自抗扰控制算法(ADRC)参数实现角度的连续变化,提高信号跟踪效果。其次,以室内舒适温度、舒适相对湿度和能耗最低为控制目标,运用多目标粒子群优化算法得出最优百叶角度和通风口开启扇角度。本文建立三个蒙特卡罗分析指标,对多目标优化后的系统进行鲁棒性检验,对比PID算法、ADRC算法、DE-ADRC算法、多目标优化控制算法下系统的鲁棒性,结果显示在多目标优化算法控制下系统稳定性相对最好,抗干扰能力较强,证明了该算法的可靠性。最后,利用Trnsys建筑模拟软件和Matlab联合仿真,建立呼吸式玻璃幕墙建筑室内光热控制模型,在DE-ADRC算法控制下照明能耗和冷负荷有所改善,平均照明能耗降低了6.6%~9.4%,平均冷负荷降低了5.4%~10.8%。验证了DEADRC算法在系统控制方面的可靠性,进而改善呼吸式玻璃幕墙建筑的节能性。
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