基于CPS的楼宇环境营造系统空调设备节能优化研究

作     者：商元吉 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段中兴

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：CPS 情景感知 节能 遗传算法 Petri网 

摘      要：随着城市化进程的加快,建筑能耗占能源消费总量的比例逐年上升,建筑节能问题日益突出。为了营造舒适的人居环境,楼宇中采用了大量的机电设备,其中空调系统的能耗占整个电力系统能耗的40%0%。因此,减少建筑内的空调系统能耗是降低建筑能耗的重要内容,也是实现楼宇环境营造系统机电设备节能优化研究的基础。而现行的楼宇空调系统运行模式单一,无法实现在满足室内舒适度的同时降低能耗的要求。本文将CPS系统应用于楼宇环境营造系统机电设备节能研究当中,利用CPS系统:可靠感知,实时传输,精确控制,可信服务的特点,对楼宇内的物理环境进行实时感知,并根据实际环境需求对空调系统进行调控,从而实现“按需供气,降低能耗的目的。主要完成工作如下:(1)基于CPS的楼宇感知模型研究。针对楼宇内复杂多变的物理环境,建立了基于CPS的楼宇情景感知模型,分析了模型的特点、功能以及层次结构。模型分为三层架构,具体包括:采集层、处理层和服务层,针对每层的功能以及组成进行了详细的说明。并以楼宇区域内的人流密度与温湿度环境为例提出了相应的检测方法与等级划分标准。(2)楼宇环境营造系统节能调控研究。建立了基于CPS的楼宇环境营造系统多机组节能优化控制模型,在此基础上,根据环境的实际需求(人群密度、温湿度情况),利用遗传算法,选择符合节能要求的参数集作为算法的初始种群,经过多次迭代计算,得到最优解集,按照最优解集中的参数对空调系统进行调控,实现节能的目的。(3)空调机组电气设备连锁开关顺序合理性验证,利用Petri网对空调机组电气开关连锁顺序进行模拟仿真,减少不必要的能源消耗。引入人群密度、室内的温湿度值,参与空调系统工作模式的切换,通过模拟仿真实验,验证了连锁顺序的合理性,为实际空调系统的节能调控提供理论依据。