建筑空调系统优化控制和故障诊断的研究及最新进展.pdf

文档介绍：建筑空调系统优化控制和故障诊断的研究及最新进展

王盛卫徐新华马贞俊
香港理工大学,屋宇设备工程学系
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摘要中央空调系统是商业建筑的能耗大户。系统的正常运行及优化控制对节能及提高室内环
境有重要意义。本文回顾了建筑空调系统优化控制及故障诊断的研究进展。同时也介绍了我们
研究小组在这方面取得的研究成果。

关键词建筑空调系统, 优化控制, 故障诊断,研究进展

Research and Progress in HVAC System Control
Optimization and Diagnosis
Shengwei Wang, Xinhua Xu, Zhenjun Ma
(Department of Building Services Engineering, The Hong Kong Polytechnic University)
Abstract Central Air-conditioning systems are big consumers mercial buildings.
Normal operation and optimal control of systems play an important role in energy
conservation and indoor environmental improvement. This study reviews the
development of control optimization and fault detection & diagnosis of HVAC systems.
Additionally, the research achievements of our group in these aspects are presented.
Keywords Building air conditioning system, Optimal control, Fault detection and
diagnosis, Research progress

1 引言

随着生活水平的提高,人们对室内环境的要求也越来越高,因而近年来建筑能耗不断攀
升。在美国,建筑能耗占整个能耗的三分之一。在香港,商业建筑的空调能耗要占建筑能耗的
一半以上。对于建筑能耗管理欠佳的大陆地区来说,这一比重会更大。而另一方面,地球上的
不可再生能源日益枯竭,石油价格日益高企。这引起了社会及政府对能源利用率的高度关注。
作为建筑空调的从业人员也不断地努力如何提高建筑能源的利用率,尽量地降低能耗。
实事上,很多建筑空调系统由于各种各样的故障原因不能按照实际意图运行。这样导致
大量的能源浪费。即便是经过正确调试的系统运行一段时间后也常常发生这样的情况【House
and Kelly 1999, Liu and Song et al. 2002】。理论研究与实验调查表明,通过排除故障及优化控
制建筑能耗可降低 20%【Kissock 1993, Claridge and Liu et al. 1996, Claridge and Culp et al.
2000】,甚至在某些情况下可达到 50% [Liu and Athar et al. 1994]。ASHRAE 应用手册
【ASHRAE 2003】也指出,在建筑自动管理系统上充分获得系统的信息可以通过监督控制
(Supervisory control) 的优化大大提高建筑的能耗性能及室内环境。
本文主要介绍现代建筑空调系统的优化控制现状以及回顾故障诊断的研究及应用情况。
本文也进一步地介绍了我们研究团队在这些方面的所取得的成果。

1
2 建筑空调系统优化控制现状

建筑空调系统的优化控制从控制范围来分,可分为局部优化控制和全局优化控制。无论
哪种优化控制都需要控制目标或优化目标。这一目标通常是能耗指标最小,热舒适满足人体舒
适要求,有的还考虑室内空气品质,室内空气湿度及通风量等。实现这些控制优化,通常需要
物理模型或者经验模型对系统的性能进行预测。根据模型的预测实现系统控制参数或控制设定
值优化的优化算法通常有二次规划法,共扼梯度法,拉格朗日法,遗传算法等。
建筑空调系统的典型局部控制有室内温度控制,送风静压控制,送风温度控制,新风控
制,冷却水控制,冷冻水控制等。很多学者研究了这些局部控制环路控制器的优化设定值。