本發(fā)明涉及建筑冷源系統(tǒng)優(yōu)化控制，尤其涉及一種建筑冷源系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求和碳排放量逐年攀升，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)的能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。根據(jù)《2022中國(guó)建筑能耗與碳排放研究報(bào)告》指出，2020年中國(guó)建筑全生命周期的總能耗達(dá)到了22.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量，占全國(guó)能源消費(fèi)總量的45.5％，相應(yīng)的碳排放總量為50.8億噸二氧化碳，占全國(guó)碳排放總量的50.9％。在建筑能耗的各個(gè)組成部分中，冷源系統(tǒng)是最大的能耗源，其能耗約占建筑總能耗的40％至60％。

2、目前建筑冷源系統(tǒng)大多處于部分負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，機(jī)組效率不高，由于建筑冷負(fù)荷受到氣象參數(shù)、人員流動(dòng)以及設(shè)備熱源等因素影響處于逐時(shí)變化的情況，而多數(shù)建筑的能耗管理基本處于人工手工操作為主，不會(huì)根據(jù)冷負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化而進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)設(shè)備運(yùn)行效率較低，造成了巨大的能源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，本發(fā)明提供了一種建筑冷源系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，能夠顯著提升建筑冷源系統(tǒng)的運(yùn)行效率，有效降低能耗和減少碳排放。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種建筑冷源系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，包括以下步驟：

4、s1，獲取目標(biāo)建筑冷源系統(tǒng)拓?fù)鋱D，分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，收集系統(tǒng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；

5、s2，構(gòu)造冷源系統(tǒng)能耗模型，對(duì)冷源系統(tǒng)能耗模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)以提高精度；

6、s3，通過冷源系統(tǒng)能耗模型利用冷負(fù)荷與系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算能耗，通過lecalo算法以最小化系統(tǒng)能耗為目標(biāo)尋找系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀態(tài)；

7、s4，輸出系統(tǒng)最小能耗和最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，并下發(fā)至建筑冷源系統(tǒng)軟件控制平臺(tái)。，

8、進(jìn)一步地，在步驟s1中，所述目標(biāo)建筑冷源系統(tǒng)拓?fù)鋱D中的設(shè)備包括冷水機(jī)組、冷卻塔、冷凍水泵和冷卻水泵。

9、進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)運(yùn)行中任意時(shí)間點(diǎn)下的：

10、各臺(tái)冷水機(jī)組的冷凍水出水溫度、冷凍水回水溫度、冷卻水出水溫度、冷卻水回水溫度、冷凍水流量、冷卻水流量和冷水機(jī)組運(yùn)行功率；

11、各臺(tái)冷卻塔的流量、冷卻塔的進(jìn)水溫度、冷卻塔的出水溫度、風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量、風(fēng)機(jī)的功率和風(fēng)機(jī)的風(fēng)量；

12、各臺(tái)冷凍水泵的流量、冷凍水泵的運(yùn)行頻率、冷凍水泵的運(yùn)行功率；

13、各臺(tái)冷卻水泵的流量、冷卻水泵的運(yùn)行頻率、冷卻水泵的運(yùn)行功率；

14、建筑室外環(huán)境溫度、濕度；

15、建筑室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度。

16、進(jìn)一步地，步驟s2中的冷源系統(tǒng)能耗模型包括冷水機(jī)組模型、冷凍水泵及冷卻水泵模型、冷卻塔模型；

17、建立冷源系統(tǒng)能耗模型為：

18、fobj＝psystem

19、＝pchiller+pchilled_water_pump+pcooling_water_pump+pcooling_tower

20、＝f(qload,t,hu,statet,tw,e,l,δtw,e,l,tw,c,l,δtw,c)

21、其中，pchiller為冷水機(jī)組能耗，pchilled_water_pump為冷凍水泵能耗，pcooling_water_pump為冷卻水泵能耗，pcooling_tower為冷卻塔能耗；

22、冷負(fù)荷qload、溫度t、濕度hu為實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，statet表示設(shè)備狀態(tài)信息，tw,e,l表示冷凍水出水溫度，δtw,e,l冷凍水溫差，tw,c,l表示冷卻水出水溫度,δtw,c冷卻水溫差。

23、進(jìn)一步地，所述冷水機(jī)組模型在不同運(yùn)行工況下的制冷能力表示為：

24、冷水機(jī)組模型預(yù)測(cè)能效比cop＝a1+b1·(plr)+c1·(plr)2

25、其中，a1、b1、c1為多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)的系數(shù),plr代表冷水機(jī)組的部分負(fù)荷比；

26、冷水機(jī)組的滿載負(fù)載qmet＝mchw·cpchw·(tchw,in-tchw,out)

27、其中，tchw,in代表冷凍水泵的進(jìn)水溫度，tchw,out代表冷凍水泵的出水溫度，cpchw代表進(jìn)入冷凍水泵的流體比熱容，mchw代表冷水機(jī)組中冷凍水的流量；

28、冷水機(jī)組向周圍環(huán)境中釋放的能量qrejectedt＝mcw·cpcw·(tcw,in-tcw,out)

29、其中，tcw,out代表冷卻水出水溫度；cpcw代表進(jìn)入冷卻水泵的流體比熱容；mcw代表冷水機(jī)組中冷卻水的流量，由此可以推出冷水機(jī)組的實(shí)際功率為：

30、冷水機(jī)組的實(shí)際功率p＝qmet-qrejected

31、其中，p代表冷水機(jī)消耗的實(shí)際功率；則冷水機(jī)組真實(shí)能效比cop可以表示為：

32、

33、冷水機(jī)組的負(fù)荷qload＝mchw·cpchw·(tchw,in-tchw,set)

34、其中，tchw,set代表冷凍水泵的設(shè)定溫度；

35、capacity代表當(dāng)前條件下的制冷水機(jī)組容量，則此時(shí)的部分負(fù)載比用公式表示為：

36、

37、其中多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)的系數(shù)通過數(shù)據(jù)擬合得到，每個(gè)工況對(duì)應(yīng)具體的系數(shù)。

38、進(jìn)一步地，在冷凍水泵及冷卻水泵模型中，其水泵的流量、揚(yáng)程、功率與額定狀態(tài)下的關(guān)系表示為：

39、

40、q0、h0、p0、f0分別代表額定流量、額定揚(yáng)程、額定功率、額定頻率；q、h、p、f分別代表當(dāng)前流量、當(dāng)前揚(yáng)程、當(dāng)前功率、當(dāng)前頻率；

41、記水泵的頻率比f/f0即水泵轉(zhuǎn)速比為n，變頻運(yùn)行時(shí)的流量-揚(yáng)程曲線關(guān)系表示為：

42、h＝a·q2+b·q0·n+c·n2

43、系統(tǒng)管網(wǎng)阻抗sa＝sc+sd+se，其中sc為冷源設(shè)備阻抗，sd為冷源管道阻抗，se為末端管道阻抗；

44、計(jì)算當(dāng)前變頻水泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程h＝sa·q2，從而計(jì)算出當(dāng)前的水泵轉(zhuǎn)速比n：

45、

46、則冷卻水泵或冷凍水泵的能耗為：

47、p＝p0·n3。

48、進(jìn)一步地，在冷卻塔模型中，

49、冷卻塔的散熱q＝εma(ha,o-ha,i)

50、其中，ε為冷卻塔的換熱效率，ma為進(jìn)入熱交換的干空氣質(zhì)量，ha,o為冷卻塔出口濕空氣焓值，ha,i為冷卻塔進(jìn)口濕空氣焓值；基于濕球溫度t的濕空氣焓值用如下公式擬合：

51、濕空氣焓值h＝a+b·t+c·t2

52、計(jì)算換熱效率ntu為設(shè)備參數(shù)中的換熱單元數(shù)；

53、則冷卻塔出水溫度為：

54、

55、其中，min為進(jìn)水流量，tin為冷卻塔進(jìn)水溫度，c是水的比熱容；

56、定頻冷卻塔的當(dāng)前功率p＝n·prated，其中prated為風(fēng)機(jī)額定功率，n為運(yùn)行風(fēng)機(jī)數(shù)量；

57、當(dāng)冷卻塔出水溫度低于設(shè)定值一段時(shí)間后，關(guān)閉冷卻塔風(fēng)機(jī)，運(yùn)行風(fēng)機(jī)數(shù)量n-1。反之，當(dāng)冷卻塔出水溫度超過設(shè)定值一段時(shí)間后，若冷卻塔風(fēng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，則開啟冷卻塔風(fēng)機(jī)，運(yùn)行風(fēng)機(jī)數(shù)量n+1；如果所有的風(fēng)機(jī)都完全打開，冷卻塔出水溫度仍然無法達(dá)到設(shè)定值，用戶將收到水溫?zé)o法達(dá)到設(shè)定值的通知。

58、進(jìn)一步地，在步驟s3中，lecalo算法將建筑冷源系統(tǒng)中設(shè)備的開啟狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)作為優(yōu)化變量，以最小化系統(tǒng)能耗作為優(yōu)化目標(biāo)。

59、本發(fā)明具有以下有益效果：

60、1.本發(fā)明采用基于參數(shù)辨識(shí)的機(jī)理建模方法構(gòu)造冷源系統(tǒng)能耗模型，僅需要少量歷史數(shù)據(jù)就能獲得較高精度的能耗模型，適用于多種實(shí)際場(chǎng)景。

61、2.本發(fā)明針對(duì)系統(tǒng)整體構(gòu)建優(yōu)化模型，優(yōu)化變量包含了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、冷凍水出水溫度、冷卻水出水溫度及溫差等多個(gè)維度，優(yōu)化結(jié)果即實(shí)際的系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀態(tài)。

62、3.本發(fā)明基于alo算法提出的lecalo算法，通過levy飛行、自適應(yīng)精英引導(dǎo)以及柯西變異等機(jī)制提升了算法的全局探索與局部開發(fā)能力。

63、4.本發(fā)明提出的lecalo算法通過維持種群的多樣性保證了對(duì)于解空間的搜索效率，算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)量少，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性需求。