基于近零能耗建筑能耗预测的能源系统控制策略研究

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bohecha_j
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“近零能耗建筑”是建筑业未来的发展方向,得益于高性能的建筑保温结构以及高能效的建筑能源设备,与传统建筑相比“近零能耗建筑”自身能耗基数小,不合理的运行控制方式将导致实际能耗的严重偏离,造成“节能建筑不节能”的问题。以“沈阳建筑大学被动式超低能耗居住建筑研究中心”为平台,在前期进行建筑负荷预测的基础上对建筑能源系统进行控制策略研究。由于近零能耗建筑的建筑特点,与常规建筑的负荷特点存在很大的差异,在负荷变化的规律上存在较大的不同,所以针对近零能耗建筑的负荷特点对建筑负荷进行准确的预测意义十分重大。最终的主要目的根据近零能耗建筑的建筑负荷变化的特点,得出适用于近零能耗建筑能源系统在不同的建筑负荷下的供水温度曲线,同时探究适用于“近零能耗建筑”能源系统的控制策略与控制方法,实现最大程度上“近零能耗建筑”的运行节能。在建筑负荷预测方面,首先通过DEST软件对示范中心的建筑逐时负荷进行模拟分析,对负荷预测模型的输入与输出数据进行选取和处理,主要对负荷预测的影响因素进行相关性分析,通过相关性系数的大小,选取了6种相关性较高的影响因素作为主要输入量,主要包括室外温度、室内温度、室外风速、工作日类型、新风量指标、太阳辐射时长。对影响因素进行了归一化处理。最后以“沈阳建筑大学被动式超低能耗居住建筑研究中心”为案例进行了负荷预测算法研究,通过对比分析,最终确定采用BP神经网络预测算法进行建筑负荷的预测,同时采用L-M法对算法进行优化训练,最终得到一个预测精度以及收敛速度较快的建筑负荷预测算法。对示范中心的能源系统的控制主要分为三个方面:针对能源系统的热源系统,主要分析太阳能、热泵以及相变储能水箱的控制策略,同时利用TRNSYS软件对比控制目标温度以及温差控制两种方式,最后经过对太阳能集热系统的集热效率以及太阳能集热系统的有效集热量的对比,可以得出太阳能系统主要采用温差控制方式,其上下限控制参数分别取8℃,2℃时,太阳能集热系统的集热效率最高;热泵系统采用室内温度控制热泵启停的控制方式;相变储能水箱采用供水温度控制方式。针对能源系统的末端系统:风机盘管、地板辐射采暖以及新风机组制订了不同的控制方案,通过Energy plus模拟得到了各末端设备在相同舒适度情况下不同方案的能耗值。其中风机盘管采用三速风机控制,自动模式下根据实际温度与目标温度的偏离度进行切换,回水干管处设置比例式电磁阀对系统流量进行阶段性整体控制,即最终采用变风量变水流量的控制方式;地板辐射采暖采用平均辐射温度控制,分集水器设置流量调节阀可进行分室调节;针对新风系统:新风换气机以CO2浓度为主要判定依据,预留PM2.5、VOC数据接口做综合判定。在整个能源系统的控制系统中,热源、输配管网、末端三个主要部分的控制是通过PLC进行联动控制的,使得三者在实际运行中可以完美的衔接,最终使整个能源系统的运行效率最高,同时也使得整个能源系统的能源利用效率达到最大。建筑负荷预测算法与能源系统优化的控制策略完美的结合决定着整个控制体系的可靠性以及节能性显著,所以最终研究得到了基于实际气象参数的建筑负荷预测算法和能源系统的控制策略以及阶段性质调节曲线。将阶段性质调节曲线生成在上位机中,在上位机中将曲线与能源系统的控制策略相结合,将曲线中输出的供水温度作为PLC控制系统的数字量输入模块,以此来控制整个控制系统的工况切换以及每个子系统控制方式的执行。针对近零能耗建筑多能互补耦合热源,基于实际运行效果和热源特点,建筑负荷预测算法以及优化的控制策略与控制方法的研究,为近零能耗建筑运行阶段的节能提供了有力保障。通过多能互补协同运行,实现能源的合理高效利用。采用低温间歇采暖、预测控制可以在保证舒适度的同时有效降低建筑运行能耗。研究具有一定的学术价值,同时可以进行标准化设计与推广,最大程度上产生明显的经济与社会效益。
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