遗传算法在VAV中央空调节能优化控制中的应用研究

摘要

随着科技和经济的发展，中央空调已成为每一栋现代建筑中必不可少的部分，其能耗占据了整个建筑能耗的50％～70％。由于中央空调系统在设计和运行管理中存在的一些问题，使其存在着巨大的节能潜力。目前，大多中央空调系统自动控制水平偏低，没有形成系统层次上的中央空调的集中控制。因而，如何从系统全局的角度优化中央空调运行过程中各控制变量的设定值，使整个系统保持最佳的运行状态，最大的节约系统的能耗，成为当今中央空调优化控制领域的研究热点。 本文以变风量(VAV)中央空调系统为例，建立了VAV中央空调系统的能耗仿真模型。根据VAV中央空调运行过程中各主要能耗设备的能耗数学模型，并综合考虑VAV中央空调各设备运行过程中的耦合关系，利用matlab中的simulink工具箱建立了反映空调运行过程中各控制变量与系统总能耗之间关系的仿真模型，并对仿真结果进行了分析验证。利用该能耗仿真模型可对不同室外工况，不同控制变量设定值情况下，空调系统的能耗情况进行分析，仿真结果具有一定的准确性。这为研究VAV中央空调的节能优化打下了一定的基础。VAV中央空调能耗仿真模型是一个非线性，有滞后的多输入系统，控制变量与目标函数之间关系复杂，而且在控制变量的实际变化范围内，目标函数有可能出现多峰的可能性。因而本文选用遗传算法作为仿真模型的优化算法，以仿真模型的系统能耗为目标函数对各控制变量的最佳设定值进行优化，并对遗传算法的运行过程进行了分析，提高遗传算法运行性能，以保证遗传算法运行的效率和搜索结果的准确性。建立了以遗传算法为核心优化控制算法的VAV中央空调控制仿真系统。采用一定的控制策略对能耗模型进行控制仿真实验，实验中分析了利用遗传算法进行优化控制过程中VAV中央空调系统的能耗情况，其与将各控制变量设为定值时系统的能耗情况相比较节能效果明显。因而，证明了该方法在实际系统中应用的可行性，并为该方法在实际系统中的应用奠定了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2课题研究背景及国内外相关技术研究现状

1.2.1中央空调系统仿真的研究现状

1.2.2常用的中央空调系统仿真商业软件

1.2.3中央空调系统仿真的应用现状

1.2.4中央空调优化控制的研究现状

1.3论文主要研究内容

1.4论文组织结构

1.5本章小结

第2章VAV中央空调的能耗仿真模型

2.1 VAV中央空调原理及特点

2.2建筑负荷估算

2.2.1通过窗户的太阳负荷

2.2.2围护结构热负荷

2.3 VAV中央空调各能耗仿真模块

2.3.1冷水机组的能耗仿真模块

2.3.2冷却水循环泵、冷冻水循环泵的能耗仿真模块

2.3.3空调系统风机的能耗仿真模块

2.4 VAV中央空调各能耗仿真模块之间的耦合关系

2.5 VAV中央空调系统能耗仿真

2.6本章小结

第3章VAV中央空调节能优化方法

3.1引言

3.2 VAV中央空调待优化控制变量的选择

3.3 VAV中央空调节能优化目标函数

3.4VAV中央空调节能优化计算方法

3.4.1遗传算法简介

3.4.2遗传算法优化流程

3.4.3遗传算法的运行参数及建议取值

3.4.4遗传算法的的特点

3.5本章小结

第4章遗传算法在VAV中央空调节能优化中的应用

4.1遗传算法与直接搜索工具箱简介

4.2遗传算法工具箱的结构体系

4.2.1初始化函数

4.2.2主界面函数

4.2.3选择函数

4.2.4演化函数

4.2.5其他一些函数

4.3使用遗传算法工具箱进行VAV中央空调节能优化分析

4.3.1编写待优化函数的M文件

4.3.2设置种群的初始范围

4.3.3适应度测量设置

4.3.4设置遗传算法的各种运行参数

4.4遗传算法进行VAV中央空调控制变量优化的结果分析

4.5本章小结

第5章VAV中央空调节能优化控制系统仿真

5.1引言

5.2 VAV中央空调节能优化控制系统

5.2.1 VAV中央空调节能优化控制系统的结构

5.2.2以遗传算法为核心的上位机控制器的设计过程

5.3系统基本控制策略的实现及仿真结果

5.4系统改进控制策略的实现及仿真结果

5.3本章小结

结论

参考文献

附录：攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢