暖通空調(diào)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型

支開云

摘 要：暖通空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)在的公用建筑節(jié)能改造的重點(diǎn)內(nèi)容，而暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化是一個(gè)多角度的問題，本文綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性和舒適性，在此基礎(chǔ)上收集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，選擇了一個(gè)有著最高準(zhǔn)確度的優(yōu)化算法，建立了雙向模型，并挑選出暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化的最佳方案。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能；優(yōu)化；模型

引言：在現(xiàn)代社會(huì)，人們一天中幾乎有半天甚至更多時(shí)間是待在室內(nèi)的，因此，利用空調(diào)維持室內(nèi)環(huán)境的健康是非常重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)在公用建筑中的能耗超過了60%。因此，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效問題為學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)問題。暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行是一個(gè)多角度的問題，因此脫離室內(nèi)空氣品質(zhì)的控制，僅僅將能耗減到最小是不可取的。最佳的控制方法策略是將室內(nèi)熱舒適性維持在一個(gè)可以接受的范圍內(nèi)的情況下去考慮系統(tǒng)的能耗。本文將在綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和熱舒適性的基礎(chǔ)上來提出暖通空調(diào)系統(tǒng)的性能最優(yōu)化模型，能夠使暖通空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行上減少能耗、提高效率以及保持居住環(huán)境的舒適性，從而暖通空調(diào)系統(tǒng)的性能可以大大提高。

一、數(shù)據(jù)類型

公用建筑中暖通空調(diào)系統(tǒng)的總能耗主要由四個(gè)部分組成：空氣處理系統(tǒng)的能耗，水泵的能耗，供回風(fēng)系統(tǒng)的能耗，以及末端設(shè)備的再熱。在這里，由于熱水、照明以及家電能耗在優(yōu)化過程中的變化并不明顯，因此不考慮這部分的能耗。暖通空調(diào)系統(tǒng)的所有能耗可以由下式1得出：ETotal=EHeat+EFan+EPump+QReheat （1）

空氣處理系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)和水泵的能耗可以由開始裝在系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，因此末端設(shè)備的再熱負(fù)荷導(dǎo)致了所有的能耗。通過調(diào)節(jié)閥門使熱水流與舒適區(qū)的實(shí)際要求相匹配。熱負(fù)荷可以由下式2計(jì)算得出：QReheat=cm（TVAV_EAT-TVAV_BAT）

QReheat=cm（TVAV_EAT-TVAV_BAT） （2）

在此實(shí)驗(yàn)中，用于熱舒適性的標(biāo)準(zhǔn)估值由室內(nèi)溫度和濕度來確定，基于管理要求，室溫應(yīng)該維持在21℃～22℃之間室內(nèi)，濕度范圍要在30%～60%。而實(shí)際上系統(tǒng)有時(shí)會(huì)運(yùn)行在這個(gè)范圍之外，并且會(huì)使人不舒適。因此，如果要使室內(nèi)這種不舒適性不會(huì)發(fā)生，則要將室內(nèi)溫度和濕度作為限定條件。從而，在本研究中，優(yōu)化算法中的補(bǔ)償函數(shù)由限制條件來進(jìn)行確定。

二、優(yōu)化方法

本研究優(yōu)化框架如圖1所示。

三、暖通空調(diào)系統(tǒng)模型

根據(jù)以上討論，建立最優(yōu)化問題的雙向模型，最終的優(yōu)化可由下式3得出：min（yEnergy （t） ） xSAT_Spt，xSASP_Spt

邊界條件為：yEnergy （t）=f（XSAT-SPt，XSASP-SPt，XLoad（t），）XLoad（t-1），XCHWC-vlv，XSA-Hund，XSOL-Horz，XOA-Humd，XOA-TEMP

四、結(jié)論

本文討論了一種基于數(shù)據(jù)處理的暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化方法。首先，研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并選擇一些重要的參數(shù)作為輸入。然后討論若干數(shù)據(jù)挖掘算法，選擇適當(dāng)?shù)乃惴ń?yōu)化模型，將其作為輸出。從邊界條件入手，建立最優(yōu)化問題的雙向模型，從而在暖通空調(diào)系統(tǒng)上得到大量的節(jié)能。

參考文獻(xiàn)：

[1] W. Huang， M. Zaheeruddin and S. H. Cho。Dynamic simulation of energy management control functions for HVAC systems in buildings[J]，Energy Conversion and Management，2006， 47 （7-8）： 926-943。

[2] Y. Ke， S. Mumma。Optimized supply air temperature in a variables air volume systems[J]。 Energy，1997， 22（6）： 601-614。