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高層建筑中央空調系統穩健優化控制及診斷技術 版權信息
- ISBN：9787030719553
- 條形碼：9787030719553 ; 978-7-03-071955-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
高層建筑中央空調系統穩健優化控制及診斷技術 本書特色
這是一本適合相關學科使用的專業書籍，能夠為該領域學者及學子帶來借鑒和新的思考。
高層建筑中央空調系統穩健優化控制及診斷技術 內容簡介
本書旨在開發中央空調系統故障診斷方法與穩健控制策略，用于避免并消除冷凍水系統“小溫差綜合征”和“盈虧管逆流”問題，從而提升中央空調系統的綜合能效。故障診斷方法主要用于確定相關問題發生的確切原因并定量評估其對系統能耗的影響。穩健控制策略主要是增強冷凍水系統在線控制的抗干擾能力，并將避免“小溫差綜合征”和“盈虧管逆流”問題納入策略的考慮。本書從運行控制的角度深入研究“小溫差綜合征”和“盈虧管逆流”問題的發生機理和影響機制，并有針對性地開發改進控制策略及配套解決方案，在實際運行中對發現的問題進行故障診斷以確認具體原因，并提供有針對性的優化控制策略。 本書可供建筑環境與能源應用、暖通空調、樓宇自控等相關領域的研究人員和建筑能源系統運維管理人員，以及高年級本科生和研究生參考使用。
高層建筑中央空調系統穩健優化控制及診斷技術 目錄
目錄
前言
**章 緒論 1
1.1 建筑節能現狀 1
1.1.1 建筑能耗情況 1
1.1.2 建筑節能規范、標準和能效標識 2
1.2 建筑節能基本技術 4
1.3 中央空調系統節能運行面臨的問題 8
1.4 研究目標及內容 9
參考文獻 10
第二章 中央空調系統故障診斷及優化控制研究現狀 13
2.1 冷凍水系統小溫差綜合征 13
2.1.1 小溫差綜合征概述 13
2.1.2 小溫差綜合征的產生原因和解決方案 14
2.2 中央空調系統的優化控制和魯棒控制 20
2.2.1 中央空調系統局部優化控制 20
2.2.2 中央空調系統全局優化控制 21
2.2.3 中央空調系統魯棒控制 23
2.3 中央空調系統的故障診斷 24
2.4 討論 27
2.5 本章小結 28
參考文獻 28
第三章 運行數據驅動的復雜冷凍水系統小溫差故障診斷方法 31
3.1 高層建筑中央空調系統及其運行問題 31
3.1.1 高層建筑中央空調系統簡介 31
3.1.2 小溫差運行問題 33
3.2 控制不當引發的小溫差綜合征現場診斷方法 34
3.3 故障診斷方法應用案例 36
3.3.1 基于運行數據分析的故障診斷 36
3.3.2 故障診斷的試驗驗證及能耗影響評估 41
3.4 結果討論 44
3.5 本章小結 47
參考文獻 47
第四章 復雜空調水系統小溫差故障系統級別精確診斷方法 48
4.1 基于模型的系統級別小溫差綜合征故障診斷方法 49
4.1.1 小溫差故障診斷方法概述 49
4.1.2 表征故障的性能指標及建模 51
4.1.3 性能指標的參考模型 52
4.2 故障診斷測試平臺 56
4.3 故障診斷方法的驗證和結果討論 57
4.4 本章小結 66
參考文獻 66
第五章 基于SVR預測的小溫差綜合征能耗影響精確評估方法 67
5.1 基于模型的小溫差綜合征能耗影響精確評估模型 68
5.1.1 冷卻盤管基本性能分析 68
5.1.2 小溫差綜合征能耗影響精確評估方法概述 70
5.1.3 預測模型 73
5.1.4 換熱器、水泵數量預測及方法應用流程 78
5.2 評估方法的驗證 79
5.2.1 測試仿真平臺 79
5.2.2 預測模型驗證 80
5.3 應用案例 82
5.3.1 故障引入 82
5.3.2 案例結果分析 82
5.4 本章小結 86
參考文獻 87
第六章 二級泵冷凍水系統主動容錯節能控制策略 88
6.1 二級泵主動容錯節能控制策略 88
6.1.1 主動容錯節能控制策略概述 88
6.1.2 控制器模型詳細介紹 90
6.1.3 具體實施步驟 93
6.2 測試平臺 94
6.3 不同應用案例的控制性能及能效評估 95
6.3.1 容錯節能控制在無硬故障空調系統中的性能評估 96
6.3.2 容錯節能控制在有硬故障空調系統中的性能評估 101
6.4 本章小結 104
參考文獻 105
第七章 豎向分區冷凍水系統在線自適應優化控制策略 106
7.1 在線自適應優化控制策略 107
7.1.1 在線自適應優化控制策略概述 108
7.1.2 優化控制策略的目標函數及約束條件 109
7.1.3 預測模型 111
7.1.4 局部控制策略 117
7.2 測試平臺及在線應用流程 118
7.2.1 測試平臺 118
7.2.2 自適應優化控制策略在線應用步驟 119
7.3 自適應優化控制策略的性能測試和評估 120
7.3.1 預測模型及優化控制策略準確度評估 120
7.3.2 優化控制策略的節能性和穩健性評估 123
7.4 本章小結 132
參考文獻 133
第八章 板式換熱器一次側冷凍水泵穩健增強控制方法及其實際應用 134
8.1 改進的水泵轉速穩健增強控制方法 136
8.1.1 傳統泵速控制策略及運行問題 136
8.1.2 冷凍水泵改進的穩健增強控制方法 138
8.2 實際應用平臺—超高層建筑冷凍水系統 141
8.2.1 冷凍水系統簡介 141
8.2.2 測試平臺 142
8.2.3 驗證方法 144
8.3 試驗結果與討論 144
8.3.1 傳統控制策略的運行性能 144
8.3.2 改進控制策略的運行性能 146
8.3.3 結果討論 153
8.4 本章小結 154
參考文獻 154
第九章 智能電網環境下建筑群協同需求響應控制策略 156
9.1 建筑群需求響應控制的傳統方法和改進方法 158
9.1.1 單體建筑傳統需求響應控制 158
9.1.2 建筑群改進需求響應控制 160
9.1.3 性能評估指標 161
9.2 仿真平臺 162
9.2.1 系統結構描述 162
9.2.2 系統組件建模 163
9.2.3 空調系統局部控制策略 164
9.3 案例研究 165
9.3.1 建筑冷負荷及系統參數設置 165
9.3.2 傳統需求響應控制性能評估 167
9.3.3 改進需求響應控制性能評估 172
9.4 本章小結 176
參考文獻 176
前言
**章 緒論 1
1.1 建筑節能現狀 1
1.1.1 建筑能耗情況 1
1.1.2 建筑節能規范、標準和能效標識 2
1.2 建筑節能基本技術 4
1.3 中央空調系統節能運行面臨的問題 8
1.4 研究目標及內容 9
參考文獻 10
第二章 中央空調系統故障診斷及優化控制研究現狀 13
2.1 冷凍水系統小溫差綜合征 13
2.1.1 小溫差綜合征概述 13
2.1.2 小溫差綜合征的產生原因和解決方案 14
2.2 中央空調系統的優化控制和魯棒控制 20
2.2.1 中央空調系統局部優化控制 20
2.2.2 中央空調系統全局優化控制 21
2.2.3 中央空調系統魯棒控制 23
2.3 中央空調系統的故障診斷 24
2.4 討論 27
2.5 本章小結 28
參考文獻 28
第三章 運行數據驅動的復雜冷凍水系統小溫差故障診斷方法 31
3.1 高層建筑中央空調系統及其運行問題 31
3.1.1 高層建筑中央空調系統簡介 31
3.1.2 小溫差運行問題 33
3.2 控制不當引發的小溫差綜合征現場診斷方法 34
3.3 故障診斷方法應用案例 36
3.3.1 基于運行數據分析的故障診斷 36
3.3.2 故障診斷的試驗驗證及能耗影響評估 41
3.4 結果討論 44
3.5 本章小結 47
參考文獻 47
第四章 復雜空調水系統小溫差故障系統級別精確診斷方法 48
4.1 基于模型的系統級別小溫差綜合征故障診斷方法 49
4.1.1 小溫差故障診斷方法概述 49
4.1.2 表征故障的性能指標及建模 51
4.1.3 性能指標的參考模型 52
4.2 故障診斷測試平臺 56
4.3 故障診斷方法的驗證和結果討論 57
4.4 本章小結 66
參考文獻 66
第五章 基于SVR預測的小溫差綜合征能耗影響精確評估方法 67
5.1 基于模型的小溫差綜合征能耗影響精確評估模型 68
5.1.1 冷卻盤管基本性能分析 68
5.1.2 小溫差綜合征能耗影響精確評估方法概述 70
5.1.3 預測模型 73
5.1.4 換熱器、水泵數量預測及方法應用流程 78
5.2 評估方法的驗證 79
5.2.1 測試仿真平臺 79
5.2.2 預測模型驗證 80
5.3 應用案例 82
5.3.1 故障引入 82
5.3.2 案例結果分析 82
5.4 本章小結 86
參考文獻 87
第六章 二級泵冷凍水系統主動容錯節能控制策略 88
6.1 二級泵主動容錯節能控制策略 88
6.1.1 主動容錯節能控制策略概述 88
6.1.2 控制器模型詳細介紹 90
6.1.3 具體實施步驟 93
6.2 測試平臺 94
6.3 不同應用案例的控制性能及能效評估 95
6.3.1 容錯節能控制在無硬故障空調系統中的性能評估 96
6.3.2 容錯節能控制在有硬故障空調系統中的性能評估 101
6.4 本章小結 104
參考文獻 105
第七章 豎向分區冷凍水系統在線自適應優化控制策略 106
7.1 在線自適應優化控制策略 107
7.1.1 在線自適應優化控制策略概述 108
7.1.2 優化控制策略的目標函數及約束條件 109
7.1.3 預測模型 111
7.1.4 局部控制策略 117
7.2 測試平臺及在線應用流程 118
7.2.1 測試平臺 118
7.2.2 自適應優化控制策略在線應用步驟 119
7.3 自適應優化控制策略的性能測試和評估 120
7.3.1 預測模型及優化控制策略準確度評估 120
7.3.2 優化控制策略的節能性和穩健性評估 123
7.4 本章小結 132
參考文獻 133
第八章 板式換熱器一次側冷凍水泵穩健增強控制方法及其實際應用 134
8.1 改進的水泵轉速穩健增強控制方法 136
8.1.1 傳統泵速控制策略及運行問題 136
8.1.2 冷凍水泵改進的穩健增強控制方法 138
8.2 實際應用平臺—超高層建筑冷凍水系統 141
8.2.1 冷凍水系統簡介 141
8.2.2 測試平臺 142
8.2.3 驗證方法 144
8.3 試驗結果與討論 144
8.3.1 傳統控制策略的運行性能 144
8.3.2 改進控制策略的運行性能 146
8.3.3 結果討論 153
8.4 本章小結 154
參考文獻 154
第九章 智能電網環境下建筑群協同需求響應控制策略 156
9.1 建筑群需求響應控制的傳統方法和改進方法 158
9.1.1 單體建筑傳統需求響應控制 158
9.1.2 建筑群改進需求響應控制 160
9.1.3 性能評估指標 161
9.2 仿真平臺 162
9.2.1 系統結構描述 162
9.2.2 系統組件建模 163
9.2.3 空調系統局部控制策略 164
9.3 案例研究 165
9.3.1 建筑冷負荷及系統參數設置 165
9.3.2 傳統需求響應控制性能評估 167
9.3.3 改進需求響應控制性能評估 172
9.4 本章小結 176
參考文獻 176
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高層建筑中央空調系統穩健優化控制及診斷技術 節選
**章 緒論 能源的開發、利用及其引發的“能源危機”和“全球氣候變化”成為全球日益關注的議題。如何全力推動節能減排工作，不僅關乎我國能源安全、經濟可持續發展和人居環境改善，而且關乎全球能源資源、氣候環境等人類生存發展的關鍵問題。 2020年9月22日，中國政府在第七十五屆聯合國大會上提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。” 建筑業與工業、交通并稱能源消費的三大領域，建筑能耗造成的二氧化碳排放占比可達我國二氧化碳排放總量的1/4左右。隨著城鎮化進程的推進、服務業在國民經濟中比例的提高和人民生活水平的提高，建筑能耗還會進一步提高。因此，建筑節能是我國落實節約資源、保護環境及實現“碳中和”目標的重要手段。 1.1 建筑節能現狀 1.1.1 建筑能耗情況 近些年，由于人口的大量增長及人們對健康、舒適室內環境的追求，建筑能耗呈快速增長態勢。據統計，全球范圍內建筑能耗占全部能源消耗的40%左右（Omer，2008）。在我國，2016年全國建筑能源消費總量為8.99億噸標準煤，占全國能源消費總量的20.6%，其中電力占建筑能源總消耗的46%；建筑碳排放總量為19.6億噸二氧化碳，占全國能源碳排放總量的19.4%（中國建筑節能協會能耗統計專委會，2019）。在美國，建筑能耗占社會總能耗的41.1%，其中建筑耗電量占社會總耗電量的73.6%；建筑碳排放量貢獻了全部碳排放量的40%（United States Department of Energy，2012）。在中國香港特別行政區，由于金融業、商業、服務業等第三產業占主導地位，各類建筑成為社會生活的主要場所，整個香港特別行政區有接近91%的電力是被建筑消耗的。 伴隨著建筑業的發展，對用于改善居住環境的采暖、通風與空調的需求也獲得了巨大的增長。據統計，建筑能耗有近 50%用于室內采暖、通風與空調（Pérez-Lombard et al.，2008）。特別是商業、辦公等公共建筑，在建筑全生命周期內保持空調系統的高性能運行對建筑的可持續性至關重要（朱能等，2015）。然而，實際運行中建筑空調系統的能效常常大幅度低于預期（呂石磊等，2009；肖益民等，2007）。其主要原因既包括前期的設計因素（比如設備選型不合理），也包括后期的運行因素（比如運行策略、控制系統等不合理）。就設計因素而言，設備選型大多基于設計負荷且附加了一定的安全系數，當后期運行中實際負荷大大低于設計負荷時，在沒有對運行實施優化的情況下，實際能效顯著低于設計預期。現有研究表明，對建筑空調系統實施故障診斷、故障矯正并有針對性地應用優化控制運行策略，整個系統的能耗可降低20%～50%（Kissock，1993；Claridge et al.，1994；Liu et al.，1994；Claridge et al.，2000）。高效、可靠、優化的空調系統運行不但能夠營造舒適健康的室內環境、提高系統的整體能效，還可以延長設備的服務壽命、降低設備維護成本（燕達等，2018）。 1.1.2 建筑節能規范、標準和能效標識 建筑節能是指在建筑物的全生命（設計、建造和使用）過程中，執行建筑節能的標準和政策，使用節能型的建材、器具和產品，提高建筑物的保溫隔熱性能和氣密性能，提高暖通、空調系統的運行效率，以減少能源消耗。 為了減少建筑能耗及提升建筑整體能效，我國自20世紀80年代以來制定并實施了一系列相關政策、規范、制度及技術標準，主要包括建筑節能規范標準、建筑能效標識評價制度及倡導發展綠色建筑等（林波榮，2005）。 1. 建筑節能規范、標準 1986年，我國頒布實施**個建筑節能標準《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—86），要求新建居住建筑在1980年當地通用設計能耗水平基礎上節能30%，被稱為**步節能（即30%節能）。 1995年，我國修訂并發布了《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—95），要求建筑采暖能耗在1980—1981年當地通用設計的居住建筑采暖能耗基礎上，降低50%，被稱為第二步節能（即50%節能）。在此前后《建筑氣候區劃標準》（GB 50178—93）、《既有采暖居住建筑節能改造技術規程》（JGJ 129—2000）、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 134—2001） 、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 75—2003）、《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2005）、《民用建筑熱工設計規范》（GB 50716—2016）等相關行業和國家標準發布。 2005年起，在達到第二步節能的基礎上再節能30%，即達到65%節能的目標，稱之為第三步節能。實施的相關標準為《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 26—2010）和《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 134—2010），此兩項標準是配合“十二五”規劃對節能的要求，于2010 年8 月1日實施。 我國香港特別行政區自1995年以來相繼頒布了多個建筑節能相關的守則和條例（勵志俊，2015）。**個與建筑節能相關的規范是《建筑物整體熱傳遞值守則》（Code of Practice for Overall Thermal Transfer Value in Buildings），于1995年頒布并強制實施，其主要目的是在設計階段控制建筑物圍護結構的整體傳熱性能，但未涉及影響建筑能耗的其他因素（如照明、空調等）。1998年及2000年，特別行政區政府機電工程署分別頒布了4部主要屋宇設備的能源效益守則：《空調裝置能源效益守則》、《照明裝置能源效益守則》、《電力裝置能源效益守則》和《升降機及自動扶梯裝置能源效益守則》。這4部守則合稱為《屋宇裝備裝置能源效益實務守則》，自1998 年起鼓勵各建筑物自愿遵守執行。為進一步推廣建筑物能源效益，2012年特別行政區政府以法律的形式頒布了香港特別行政區法例第610章《建筑物能源效益條例》，要求相關類型的建筑物強制執行《屋宇裝備裝置能源效益實務守則》。 在美國，也常常通過頒布類似的立法和政策來促進建筑節能，實現環境的可持續性。大多數州采用并實施建筑能源法規（BEC）和設備標準。2005年頒布的能源政策法案是迄今*新的版本，在建筑節能方面要求新建聯邦建筑物必須比美國采暖、制冷和空調工程師協會（American Society of Heating，Refrigerating and Air-Conditioning Engineers，ASHRAE）和國際節能規范（International Energy Conservation Code，IECC）標準的能源效率提高30%；要求已有聯邦建筑必須通過建筑和家電升級，與2003年的能耗水平相比每年降低2%，至2015年，將能耗降低20%。 2. 建筑能效標識 建筑能效標識（Building Energy Efficiency Labeling）是指對反映建筑物能源消耗量及其用能系統效率的性能指標進行檢測、計算，以信息標識的形式進行明示。建筑能效標識作為一種新的管理機制和技術手段，是建筑節能的助推器，其對明示建筑能耗狀況、促進高性能建筑的發展有著重要的意義（呂曉辰等，2009）。 國外建筑能效標識發展較早（王祎等，2010），1993年丹麥采用EM（Energi Maerkning sordninger）體系和ELO（Energi Ledelses Ordningen）體系對建筑的供熱能效進行標識，通過建筑熱模擬程序計算建筑全年能耗，并與類似建筑進行比較，這項標識于1997年開始強制執行。英國對住宅采用SAP（Standard Assessment Procedure）能量等級的標準評估程序；對其他非住宅建筑類型采用SBEM（Simplified Building Energy Model）方法。SAP方法基于建筑的年度凈能耗進行定級（供熱、通風、照明），分數為1～100（100即零能耗，分數越高能耗越低）；同時計算住宅的CO2排放量，確定環境影響等級，分數同樣為1～100。美國于1998年開始面向商用建筑和新建住宅建筑采用“能源之星”（Energy Star）建筑標識。此外，LEED（Leadership in Energy and Environmental Design）也是被廣泛采用的美國綠色建筑認證體系，評價對象主要是公共建筑和高層住宅。LEED綜合考慮建筑的可持續發展、節水、能源消耗、室內環境等多方面的因素，根據得分情況分為4個等級：“白金”“金”“銀”“及格”。 在中國香港特別行政區，《香港建筑環境評估法》（Hong Kong Building Environmental Assessment Method，HK BEAM）是由建筑環保評估協會有限公司（BEAM Society Limited）于1996年推出的。HK BEAM認證體系是一項自愿參與計劃，旨在通過建立廣泛認可和應用的標準，鼓勵和促進香港可持續的綠色建筑設計與開發。我國內地**個有關綠色建筑的評價、論證體系是2003年由清華大學、中國建筑科學研究院、北京市建筑設計研究院等科研院校和機構組成的課題組所公布的“綠色奧運建筑評估體系”。2005年，我國首次正式頒布了關于綠色建筑的技術規范：《綠色建筑技術導則》和《綠色建筑評估標準》。《綠色建筑技術導則》中建立的綠色建筑指標體系，由節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源、室內環境質量和運營管理共6類指標組成。2006年3月1日，適用于城鎮新建和改建住宅性能評定的國家標準《住宅性能評定技術標準》（GB/T 50362—2005）開始實施，這個標準反映的是住宅的綜合性能水平，體現了節能、節地、節水、節材等產業技術政策。2008年10月1日，《民用建筑節能條例》（中華人民共和國國務院令第530號）開始實施，其中第二十一條對民用建筑能效測評標識工作做了如下規定：“國家機關辦公建筑和大型公共建筑的所有權人應當對建筑的能源利用效率進行測評和標識，并按照國家有關規定將測評結果予以公示，接受社會監督。”2008年6月26日，《民用建筑能效測評標識技術導則（試行）》（建科〔2008〕118號）開始實施，它將民用建筑能效水平劃分為5個等級，并以星級為標志。2013年3月1日，行業標準《建筑能效標識技術標準》（JGJ/T 288—2012）開始實施，它將建筑能效標識分為建筑能效測評和建筑能效實測評估兩個階段，建筑能效標識以建筑能效測評結果為依據，建筑能效測評包括基礎項、規定項與選擇項的測評。建筑能效標識劃分為3個等級，以星級為標志。 1.2 建筑節能基本技術 實現建筑節能的基本技術方法可分為以下三類。 1. 建筑物本體節能技術 優化的規劃和設計：從整體綜合設計概念出發，在進行建筑規劃和設計時，利用氣候適應性原則（付祥釗，2008），根據建筑所處的具體環境氣候特征（周孝清等，2019），充分利用自然環境資源（自然風、陽光、水體、地熱、地形等）來營造適宜的建筑室內微環境，以盡量降低對建筑設備的依賴。比如，對小區各建筑布局進行優化設計，可以*大限度地利用自然風來改善室內微氣候；對建筑朝向的優化設計，可以更好地利用本地太陽的光照。 選擇合理的圍護結構：選擇合理的圍護結構是建筑節能設計中的關鍵，通過改善建筑物圍護結構的熱工性能（張寅平，1996；張華玲等，2012；趙立華等，2015），在夏季可減少室外熱量傳入室內，在冬季可減少室內熱量的流失，從而減少建筑冷、熱消耗量（陳友明等，2004；孟慶林等，2006；江億，2011；徐新華，2013；李念平
高層建筑中央空調系統穩健優化控制及診斷技術 作者簡介
高殿策，中山大學副教授、博士生導師。2013年畢業于香港理工大學，獲哲學博士學位。2013～2016年于香港理工大學從事博士后科研并受聘為研究員，2016年入選中山大學“百人計劃”人才項目。主要從事建筑智慧能源系統的診斷和優化控制研究，包括面向智能電網應用的建筑能源智能管理與控制、復雜中央空調系統智能優化控制及故障診斷、新能源建筑一體化系統的優化控制、儲能技術在建筑中的應用等。主持國家自然科學基金面上項目、廣東省自然科學基金面上項目等，發表學術論文40余篇。
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