中央空调系统的能效优化技术研究

第４２卷第６期　２０１０年１２月　西　安　建　筑　科技　大　学　学　报（自然科学版）　

Ｊ．Ｘｉ　ａｎ　Ｕｎｉｖ．ｏｆ　Ａｒｃｈ．＆Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔｕｒａ１　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２０１０　

中央空调水系统的节能优化　

王建玉，任庆昌　

（西安建筑科技大学，陕西西安７１Ｏ０５５）　

摘要：提供了一种中央空调水系统节能优化的新技术．根据系统主要部件的模型定义了优化的目标函数和　约束条件．采用二进制粒子群算法求出优化问题的最优设定参数，说明了算法的实现过程．仿真和实验研究结　

果表明优化方法相对于传统方法能显著地降低系统能耗．　关键词：节能优化；空调水系统；目标函数；二进制粒子群优化算法　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００６—７９８０（２０１０）０６—０８５０—０６　

目前对中央空调水系统常规的控制方法是采用恒定或人工修改设定值的方式对下位机控制器进行　

控制管理，在部分负荷时会出现能量浪费以及控制特性较差的情况．根据空调负荷的变化情况，在部分　

负荷时段调整制冷系统的某些运行参数，在满足系统负荷要求和保证系统稳定性的前提下，尽可能地减　

少系统的能耗并提高系统的控制特性就变得非常重要口］．　

本文以西安建大智能建筑环境技术实验室ＶＡＶ空调实验系统的水系统为例，建立了中央空调水　

系统的节能运行优化模型，在满足系统约束条件的前提下，采用二进制粒子群算法求出能耗最小时的优　

化设定参数，从而完成系统的最优控制．　

１　研究对象（Ｔｈｅ　Ｏｂｊｅｃｔ　ｏｆ　ｓｔｕｄｙ）　

西安建大智能建筑环境技术实验室ＶＡＶ空调实验系统的水系统的结构如图１所示．水系统由两　

图１　水系统结构　

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　

收稿日期：２０１０—０５　２４　修改稿日期：２０１０　１０　１２　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７８１４５）　

基于Double-DQN的中央空调系统节能优化运行

闫军威;黄琪;周璇

【摘 要】针对中央空调系统机理建模困难和参数辨识工作较为复杂的问题,提出了一种基于自适应建模和自学习机制的中央空调系统节能优化运行方法;设计了空调系统马尔可夫决策过程模型,采用具有双神经网络结构的强化学习算法解决学习过程中容易产生的维数灾难和值函数过估计问题.然后以广州市某办公建筑中央空调系统为研究对象,建立该系统的TRNSYS仿真平台,对算法的有效性进行了验证.仿真结果表明:该方法在满足室内热舒适性要求的前提下,以系统能耗最小为目标,实现了系统的节能优化运行;与PID控制和单神经网络强化学习控制方法相比,系统总能耗分别降低5.36％和1.64％,非舒适性时间总占比分别减少2.32％和1.37％.文中提出的强化学习控制器能够有效解决值函数过估计问题,具有良好的鲁棒性,自适应优化能力和较好的节能效果,可为建筑节能提供新思路.

【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2019(047)001

【总页数】10页(P135-144)

【关键词】中央空调系统;节能优化运行;强化学习;Double-DQN算法;双神经网络结构;总能耗;室内热舒适性

【作 者】闫军威;黄琪;周璇

【作者单位】华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东 广州510640;华南理工大学

机械与汽车工程学院,广东 广州510640;华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东

广州510640 【正文语种】中 文

【中图分类】TU831.1

近年来，大型公共建筑能耗逐年增加，大型公共建筑的节能降耗已成为我国公共机构节能工作的重点.中央空调系统作为建筑能耗的主要设备，其运行优化是建筑节能的重要组成部分.众所周知，建筑空调冷负荷因受到室外气象参数、室内人数和空调控制方式等多种因素的影响而动态变化，如何根据冷负荷需求动态控制系统运行参数以提高系统能效一直是建筑中央空调节能的研究重点[1].传统的控制方式(如经验控制和PID控制)，由于其具有设计简单和成本低廉等特点而被广泛运用于实际工程项目中；然而，中央空调系统作为典型的高度非线性、耦合性、时变性、不确定性的复杂多变量系统，传统控制方式往往很难取得理想的运行效果[2].目前已有众多学者尝试利用启发式算法(如遗传算法[3]，粒子群算法[4]，模型预测控制[5- 6]等)来实现中央空调系统节能优化运行.上述优化方法需要建立黑箱模型，其机理建模和参数辨识工作较为复杂.

中央空调系统节能改造与节能效果分析

摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，节能降耗是为现代社会的主旋律以及重点工作，中央空调的能耗经常达到建筑能耗的一半，所以中央空调系统节能的潜力是非常大的，对中央空调系统进行节能改造是建筑技术的一个发展方向，尽管我国电力系统供应能力充足，能耗问题绝不能忽视，为经济社会可持续发展，促进电力资源消耗优化，促进能源高效转型，促进全社会低碳发展有积极作用。

关键词：中央空调系统；能源；节能改造；节能效果

引言

作为建筑中的常规配套设备,中央空调充分发挥出了良好的调控室内外气温的功能,因此改善了人类的生存质量。不过由于传统的中央空调产品功率很大,不能适应现今的节能控制环境条件,所以还必须不断加以完善。而变频器科技在中央空调行业当中的广泛运用,也有效实现了中央空调行业的节电降耗要求,这样不仅形成了很大的环境效益和社会效益,而且同时也给用户节约了电力。在未来,变频器科技还将在中央空调行业节电降耗中具有更大的前景。

1中央空调系统运行能效现状

我国的家用空调有成熟的评价体系，每台空调都贴有“中国能效标识”，注明能效等级。但中央空调系统的能效评价基本属于盲区。中央空调的系统能效差距非常大，社会平均水平3.2左右。综合能效是反应制冷时空调电能转化制冷量效率的一个重要指标。由于空调系统设备种类多、布置分散、管道连接多，设备间耦合性强，存在时滞性、非线形、时变性和不确定性等因素，空调系统高能耗运行问题一直没有很好地解决。

2中央空调系统节能改造与节能效果分析

2.1确保水循环正常 在开展空调系统节能施工作业时，必须将空调管网施工作为重要施工内容，并全面提高空调管网施工的科学性与合理性，为建筑通风与空调系统的正常运行提供保障。通过实际调研可以发现，正式开展空调管网施工作业时，极有可能出现水系统管道循环欠佳的问题，导致系统后续使用受到严重影响，而引发该问题的原因主要包括以下两个方面。第一，开展不同专业的交叉施工作业时，未结合规范要求进行协调，导致管道布局合理性降低。此外，不同专业在开展施工作业的过程中未对共用综合管线图进行设计与合理使用，导致安装作业结束后，空调水管道高度与设计要求出现偏差，造成管道内部存在的空气无法顺利排出。在此基础上，管网循环通畅性将显著降低。第二，在开展安装作业前，未对洗管网采取相应的处理措施，致使管道内部存在杂物封堵，导致管网循环通畅性降低。为全面提高水系统管道循环通畅性，施工人员在实际施工中应结合上述两项原因采取相应的措施，具体内容如下。一是正式开展管网安装施工作业前，应首先结合规范标准对全部管线进行综合排布，科学规划不同专业管道的区域，降低积气现象发生的可能性。此外，必须在局部区域的最高点或管网系统的最高点对排气阀进行设置，以此提高管网内部空气的排放效率，保障后续使用。二是在对管道进行安装前应选派工作人员对其开展清扫工作，清理内部存在的杂物，并确保管道具有良好的干燥性，以防止发生返锈等不良现象。实际施工中，若选择利用焊接方式连接管道，则施工人员必须在焊接作业结束后及时开展对管道的清理工作，去除管道存在的焊渣，并通过麻袋对管口进行封堵。同时以规范要求为基础，在管网的最低区域对较大的排污阀进行设置，并在清洗管道时通过排污阀排水。

中央空调节能改造方案

1. 引言

中央空调系统在商业和工业建筑中起着重要作用。然而，传统的中央空调系统耗能较高，对环境和资源造成负面影响。为了应对气候变化和能源紧缺问题，节能改造中央空调系统变得迫切而重要。本文将介绍中央空调节能改造方案，以减少能源消耗和碳足迹。

2. 能效评估

改造中央空调系统之前，首先需要进行能效评估。评估目的是确定系统的能效水平，并识别潜在的改进空间。常用的方法包括能源消耗测量、设备性能检测和建筑能效模拟等。通过能效评估，我们可以了解当前系统的能源利用情况，并为改造计划奠定基础。

3. 设备升级

中央空调系统的设备升级可以大幅度提高系统的能效。以下是一些常见的设备升级方案：

3.1 高效压缩机

传统空调系统中使用的压缩机效率较低，耗电量大。替换成高效压缩机可以降低能耗，并提高系统的性能。

3.2 水冷却系统

传统的空调系统中，空气冷却往往效率较低。改用水冷却系统可以提高冷却效率，从而降低能源消耗。水冷却系统还可以与其他系统集成，如太阳能热水系统，进一步提高能效。

3.3 变频驱动装置

传统的空调系统在启动时会产生较大的能耗峰值。安装变频驱动装置可以使系统平稳启动，并且根据实际需要自动调节能耗，实现能耗优化。

3.4 高效换热器

传统的换热器热效率较低，热量损失较大。替换成高效换热器可以提高热回收效率，减少能源浪费，达到节能的目的。 4. 风管系统改善

风管系统在中央空调系统中起着重要的传输和分配作用。通过改善风管系统，可以降低系统的能耗和能效提高。以下是一些常见的改善方法：

4.1 风管隔热

通过对风管进行隔热处理，可以减少热量的损失。隔热风管可以有效地保持风管内空气的温度，避免能量浪费。

4.2 风管密封

风管系统的密封性直接影响空调系统的效能。通过定期检查和修复风管系统的漏洞和缺陷，可以减少能源浪费，并提高系统的工作效率。

4.3 风量调节

优化风量调节装置，可以根据需要调节送风量，避免过度冷却和能耗浪费。