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申请/专利权人：中建安装集团有限公司;广东省机场管理集团有限公司工程建设指挥部;南京工业大学

摘要：本发明公开了基于模型预测控制的变风量空调系统运行管理方法，属于变风量空调系统控制领域，本发明包括如下步骤：根据房间的间接辐射温度与直接辐射温度，获取平均辐射温度；根据当前采样周期的室温，基于ETP模型建立下一控制周期的温度预测模型；建立变风量空调系统的综合舒适度预测模型；建立空气处理机组总功率模型；应用动态权重，建立目标优化模型；定义约束条件，应用寻优算法，对目标优化模型进行求解，预测空气处理机组的冷冻水流量、总送风量及各房间的需求风量；本发明综合考虑房间中的各项环境因素，对空调系统进行控制，不仅提高了空调的舒适性，也降低了空调的能耗。

主权项：1.于模型预测控制的变风量空调系统运行管理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、将待监管区域的空调房间按顺序进行标号，采集当前控制周期各房间中的围护结构的内表面的温度，根据该房间中各围护结构的内表面的表面积，计算出对应房间的间接辐射温度，通过传感器采集的对应房间的辐射温度，记为直接辐射温度，将间接辐射温度和直接辐射温度通过数据融合器，获得平均辐射温度；S2、基于一阶ETP模型建立各房间的室温预测模型，结合当前采样周期的室内平均辐射温度，建立下一控制周期各空调房间的舒适度预测模型；综合各空调房间的舒适度预测模型，建立变风量空调系统的综合舒适度预测模型；S3、根据当前控制周期空气处理机组中风机的总功率及总送风量，建立空气处理机组的流体输配功率的预测函数；根据当前控制周期空气处理机组的循环冷冻水流量和供冷量，以及空调系统的总循环冷冻水流量、总供冷量及冷源设备功率，建立空气处理机组的制冷功率的预测函数；建立空气处理机组总功率模型；S4、应用动态权重，建立目标优化模型，决策变量为下一控制周期的各空调房间的室温设定值、当前控制周期各空调房间的风量设定值、当前控制周期空气处理机组的总风量设定值与冷冻水流量设定值；S5、定义约束条件，应用寻优算法，对目标优化模型进行求解，预测空气处理机组的冷冻水流量、总送风量及各房间的需求风量；步骤S1中，获得平均辐射温度，具体过程如下：S1-1、将待监管区域的空调房间按顺序进行标号，当前控制周期记为第t个控制周期，采集第t个控制周期各房间中的围护结构的内表面的温度，根据对应房间中各围护结构的内表面的表面积，根据下列公式，计算出对应房间的间接辐射温度： ；其中，表示第t个控制周期房间n的间接辐射温度，n∈[1，N]，所述N表示待监管区域的房间总数；表示第t个控制周期房间n的第j个围护结构的内表面的温度，j∈[1，]，表示第t个控制周期房间n的围护结构的总数；表示第t个控制周期房间n的第j个围护结构的内表面的表面积；S1-2、通过传感器采集的对应房间的辐射温度，记为，所述表示第t个控制周期房间n的直接辐射温度，将和通过数据融合器进行处理，公式如下： ； ；其中，表示第t个控制周期房间n的平均辐射温度，表示第t个控制周期房间n的处于工作区的人数，表示第t个控制周期房间n的总人数，表示权重系数；所述步骤S2的具体过程如下：S2-1、基于一阶ETP模型建立各房间的室温预测模型，如下式所示： ；其中，表示房间n在第t+1个控制周期的室内空气温度预测值；表示第t+1个控制周期预测的室外空气温度；表示房间n在第t个控制周期监测的室内空气温度；表示室内空气比热；表示房间n中围护结构的综合热阻；表示房间n在第t个控制周期的外部热量输入量；表示房间n在第t个控制周期的VAV末端的输出冷量，所述VAV表示变风量空调；表示指数函数；表示预置的控制周期时间步长，所述的控制周期要大于等于采样周期；S2-2、采集各房间中的室内空气温度，结合获得的室内平均辐射温度，建立热舒适度评价指标PMV-PPD的数学模型，公式如下： ； ；其中，表示第t+1个控制周期房间n的预计平均热感觉指数；表示第t+1个控制周期房间n的预计不满意百分比；表示第t+1个控制周期房间n的预测室内空气温度；表示第t+1个控制周期房间n的预测平均辐射温度；M表示人体新陈代谢率；Icl表示人体服装热阻；S2-3、根据，结合第t个控制周期各房间的人数，建立变风量空调系统的综合舒适度预测模型，公式如下： ；其中，表示第t+1个控制周期所有房间的综合舒适度的预测值；表示第t个控制周期房间n的人数；所述步骤S3的具体过程如下：S3-1、根据当前控制周期空气处理机组中风机的总功率及总送风量，建立空气处理机组的流体输配功率的预测函数，公式如下： ；其中，表示第t个控制周期空气处理机组中风机的电功率；表示第t个控制周期空气处理机组中风机的送风量；表示第t-1个控制周期空气处理机组中风机的电功率；表示第t-1个控制周期空气处理机组中风机的送风量；S3-2、建立空气处理机组的制冷功率的预测函数，公式如下： ；其中，表示第t个控制周期空气处理机组的制冷电功率；表示第t个控制周期空气处理机组的供冷量；表示第t个控制周期空气处理机组的循环冷冻水流量；表示第t-1个控制周期空气处理机组的循环冷冻水流量；表示第t-1个控制周期空调系统的总循环冷冻水流量；表示第t-1个控制周期空气处理机组的供冷量；表示第t-1个控制周期空调系统的总供冷量；表示第t-1个控制周期冷冻水泵的电功率；表示第t-1个控制周期制冷主机的电功率；表示第t-1个控制周期冷却水泵的电功率；表示第t-1个控制周期冷却塔的电功率；S3-3、建立空气处理机组总功率的数学模型，公式如下： ；其中，所述表示第t个控制周期空气处理机组的总功率；所述步骤S4的具体过程如下：建立目标优化模型，公式如下： ；其中，表示最小化F为优化目标，、及均为决策变量，表示第t个控制周期的冷冻水流量设定值；表示第t个控制周期房间n的风量设定值；表示第t个控制周期空气处理机组的总送风量设定值；表示对进行归一化处理；表示对进行归一化处理；表示动态权重系数与第t个控制周期处于舒适状态房间的数量占本系统供应总空调房间数量的比重正相关，公式如下： ； ；其中，表示第t个控制周期房间n的舒适状态；表示预置的各房间的预测不满意度的上限值；表示第t个控制周期待监管区域中满足舒适性约束的房间的占比；步骤S5中，定义约束条件，应用寻优算法，预测冷冻水流量、各房间的需求风量及总送风量，具体过程如下：S5-1、房间n的送风量约束，公式如下： ；其中，表示预置的房间n的最小送风量；所述表示预置的房间n的最大送风量；S5-2、室内空气温度约束，公式如下： ；其中，所述表示预置的房间n的最小室内空气温度；所述表示预置的房间n的最大室内空气温度；S5-3、空气处理机组的送风温度约束，公式如下： ；其中，max{}表示取最值函数，表示采集第t个控制周期N个房间的最高温度与最高相对湿度计算得到的露点温度；表示安全裕量；表示预置的最小送风温度；表示第t+1个控制周期空气处理机组的预测送风温度；为预置的空气处理机组送风温度的最大值；S5-4、空气处理机组的总风量约束，公式如下： ； ； ；其中，表示第t个控制周期空气处理机组的总送风量；表示预置的空气处理机组的最小总送风量；表示预置的空气处理机组的最大总送风量；表示空气处理机组在一个控制周期内总送风量变化的上限；S5-5、空气处理机组的循环冷冻水流量约束，公式如下： ； ；其中，表示预置的空气处理机组的最小循环冷冻水流量；表示预置的空气处理机组的最大循环冷冻水流量；表示空气处理机组在一个时间步长内循环冷冻水流量变化的上限；S5-6、对各房间的供冷量等式约束，公式如下： ； ；其中，表示第t个控制周期房间n中空调系统的输出冷量；表示预置的空气密度；所述表示空气比热容；表示第t个控制周期房间n中空气处理机组的送风温度；表示第t个控制周期空气处理机组的总输出冷量；S5-7、空气处理机组的换热性能约束，建立空气处理机组风水换热数学模型，公式如下： ；其中，表示第t个控制周期空气处理机组的冷冻水供水温度；表示第t个控制周期新风与回风混合后进入空气处理机组的质量流量，为新风与回风质量流量之和；表示第t个控制周期新风与回风混合后进入空气处理机组的温度；表示第t个控制周期监测的新风与回风混合后进入空气处理机组的相对湿度；表示第t个控制周期空气处理机组处于制冷模式；表示第t个控制周期空气处理机组处于制热模式；表示第t个控制周期空气处理机组处于除湿模式；、及均为布尔变量，若为1表示空气处理机组处于当前模式，若为0为否，且满足下列等式的约束： ；S5-8、通过上述约束，应用寻优算法，对目标优化模型进行求解，预测空气处理机组的冷冻水流量、总送风量及各房间的需求风量。

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