CN102230661B - 一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法 - Google Patents

一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，其特征在于，步骤为：首先采集室外实时温度、室内实时温度，计算得到室内外温差及室内需求温度和室内实时温度的温差，利用这些数据建立控制规则策略表，在水冷式中央空调运行时，根据该控制规则策略表得到预测滞后时间，让水冷式中央空调提前该预测滞后时间运行。本发明克服已有空调控制技术存在的时滞性问题，提供一种基于实测数据的控制策略规则表，系统通过查询该规则表来实现对未来时刻室内所需冷量的传送时间的预测，并可以提前相应时间进行供冷，这种“按需供冷”能使系统最大程度的节能。

Description

一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法
技术领域
本发明涉及一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，用以预测出水冷式中央空调送任意冷量到室内的时间，并可控制水冷式中央空调提前相应时间进行送冷。
背景技术
水冷式中央空调是典型的时滞系统，即空调制冷机产生的冷量需要经过一定的时间才能送达至室内，这主要是由于空调冷冻水在管道内流动循环需要时间造成的。而对于水冷式中央空调来说，正是由于这种时滞性，才使得系统无法实现“按需供冷”，浪费了能耗。
目前，关于空调负荷预测的研究还不是很多，在现存的冷量预测技术中，又多未应用于实践，仅限于理论的层面，更重要的是在预测过程中，大多方法都是针对特定建筑，把采用软件模拟生成的负荷数据作为基准，并不能反映系统真实的负荷变化。因此，至今尚未出现真正能够解决水冷式中央空调的时滞性所带来能耗浪费的好方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够预测出水冷式中央空调送任意冷量到室内时间的方法，使得水冷式中央空调提前相应时间进行供冷。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，其特征在于，步骤为：
步骤1、利用温度传感器组成的数据采集模块采集室外实时温度                                                
Figure 560167DEST_PATH_IMAGE001
及室内实时温度
Figure 621664DEST_PATH_IMAGE002
，同时采集室内需求温度
Figure 92966DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤2、以室外实时温度
Figure 505493DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度、室内需求温度及滞后时间
Figure 842430DEST_PATH_IMAGE004
为参数建立第二滞后时间控制表，在该第二滞后时间控制表中记录每一种室外实时温度
Figure 430668DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 996779DEST_PATH_IMAGE002
及室内需求温度的组合下所对应的滞后时间
Figure 596705DEST_PATH_IMAGE004
的测量值，其中，室外实时温度
Figure 108457DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 478259DEST_PATH_IMAGE002
及室内需求温度
Figure 368854DEST_PATH_IMAGE003
分别在温度区间[-A，B]、[-C，D]及[-E，F]内变化，变化的步长为k，k为有理数或正整数，分别针对每一组室外实时温度
Figure 851395DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 460231DEST_PATH_IMAGE002
及室内需求温度
Figure 571406DEST_PATH_IMAGE003
，进行多次试验测到多个滞后时间
Figure 582088DEST_PATH_IMAGE004
并存储；
步骤3、将第二滞后时间控制表中相同室外实时温度、室内实时温度
Figure 833126DEST_PATH_IMAGE002
及室内需求温度
Figure 544730DEST_PATH_IMAGE003
组合下的滞后时间
Figure 347601DEST_PATH_IMAGE004
的测量值分别求平均，以室外实时温度
Figure 486459DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 758302DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度
Figure 8018DEST_PATH_IMAGE003
及滞后时间
Figure 930975DEST_PATH_IMAGE004
为参数形成一张控制规则策略表；
步骤4、在水冷式中央空运行时，将当前的室外实时温度
Figure 240733DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 311457DEST_PATH_IMAGE002
及室内需求温度
Figure 551815DEST_PATH_IMAGE003
以步骤2中所述的k为单位进行单位化，依据室内需求温度
Figure 391595DEST_PATH_IMAGE003
是否经常变化在控制规则策略表内找到与该实测温度所对应的滞后时间的记录值作为当前温度条件下滞后时间的预测值，使得水冷式中央空调提前相应时间进行供冷。
上述方案可以普遍适用于任意场合，为了减轻计算量，对于室内需求温度
Figure 102379DEST_PATH_IMAGE003
常年不变的场所仅仅需要计算室内外温差
Figure 959476DEST_PATH_IMAGE005
及温差这两个参数即可，为此，提出了下述优选方案。
优选地，在进行步骤1时，计算得到室内外温差 及和室内实时温度
Figure 973810DEST_PATH_IMAGE002
的温差
Figure 369019DEST_PATH_IMAGE008
，在进行步骤2时，对于室内需求温度
Figure 104762DEST_PATH_IMAGE003
常年不变的场所，以室内外温差、温差
Figure 459837DEST_PATH_IMAGE006
及滞后时间
Figure 596421DEST_PATH_IMAGE004
为参数建立第一滞后时间控制表，在该第一滞后时间控制表中记录每一种室内外温差
Figure 999720DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 947079DEST_PATH_IMAGE006
的组合下所对应的滞后时间
Figure 701408DEST_PATH_IMAGE004
的测量值，其中，室内外温差
Figure 438420DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 899488DEST_PATH_IMAGE006
分别在温度区间[-N，M]及[-L，K]内变化，变化的步长为k，k为有理数或正整数，分别针对每一组室内外温差
Figure 329333DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 492330DEST_PATH_IMAGE006
，进行多次试验测到多个滞后时间
Figure 33032DEST_PATH_IMAGE004
并存储，随后在进行步骤3时，将第一滞后时间控制表相同室内外温差
Figure 614186DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 949353DEST_PATH_IMAGE006
组合下的滞后时间
Figure 678274DEST_PATH_IMAGE004
的测量值分别求平均，以室内外温差
Figure 442575DEST_PATH_IMAGE005
、温差
Figure 940552DEST_PATH_IMAGE006
、所述室外实时温度
Figure 384303DEST_PATH_IMAGE001
、所述室内实时温度
Figure 600521DEST_PATH_IMAGE002
、所述室内需求温度
Figure 669977DEST_PATH_IMAGE003
及所述滞后时间为参数形成一张控制规则策略表。
本发明克服已有空调控制技术存在的时滞性问题，提供一种基于实测数据的控制策略规则表，系统通过查询该规则表来实现对未来时刻室内所需冷量的传送时间的预测，并可以提前相应时间进行供冷，这种“按需供冷”能使系统最大程度的节能。
附图说明
图1为本方法的实施结构示意图；
图2为本方法的流程图；
图3为第一滞后时间控制表的单位坐标区间；
图4为第二滞后时间控制表的单位坐标区间。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明提供的一种方法运行在如图1所示的硬件设备上，在图1中，包括数据采集模块A、运行模块B及被控空调8。在数据采集模块A中，包括第一温度传感器1、第二温度传感器2及第三温度传感器3，用来采集温湿度数据。运行模块B可由工控机系统、嵌入式系统、单片机系统等实现，其中，数据传输装置4，用来读取温度传感器的数值，采用RS232\485传输线实现；在运行模块B中运行本发明提供的一种方法5，并维护滞后时间控制策略规则表6，在运行模块B上设有显示器7，用来监测全套的运行过程。
结合图3，本发明提供了一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，其步骤为：
步骤1、利用温度传感器组成的数据采集模块采集室外实时温度
Figure 965009DEST_PATH_IMAGE001
及室内实时温度
Figure 340627DEST_PATH_IMAGE002
，计算得到室内外温差
Figure 761244DEST_PATH_IMAGE007
 及室内需求温度和室内实时温度
Figure 770099DEST_PATH_IMAGE002
的温差；
步骤2、在室内需求温度变化不大的情况下，以室内外温差
Figure 184397DEST_PATH_IMAGE005
、温差
Figure 655698DEST_PATH_IMAGE006
及滞后时间
Figure 68225DEST_PATH_IMAGE004
为参数建立第一滞后时间控制表，在温度区间[-N，M]及[-L，K]内以k为步长可以划分为不同的温度值，在本实施例中，k取为1，这样只要将实际测得的室内外温差
Figure 768328DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 949911DEST_PATH_IMAGE006
分别单位化，便可以分别与[-N，M]及[-L，K]内的不同温度值对应，进行足够多的试验，使得实际测得的室内外温差
Figure 405163DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 990471DEST_PATH_IMAGE006
能够全部覆盖[-N，M]及[-L，K]内的所有温度值，随后以室内外温差
Figure 556582DEST_PATH_IMAGE005
为X轴，以温差
Figure 530354DEST_PATH_IMAGE006
为Y轴，建立如图3所示的二维直角坐标系，在该二维直角坐标系中，将单位化后的实测室内外温差
Figure 156508DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 543627DEST_PATH_IMAGE006
的各取值点做直线相交，形成不同的要做时间预测的单位区间，如图3中虚线所示，每个单位区间对应一组室内外温差
Figure 834800DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 990974DEST_PATH_IMAGE006
值。对于每个单位区间，在初始建立第一滞后时间控制表的时候，给予一初始化值，该初始化值为
Figure 725712DEST_PATH_IMAGE009
，其中，
Figure 334548DEST_PATH_IMAGE010
为根据建筑结构估算的空调制冷机和室内的管道距离，
Figure 196456DEST_PATH_IMAGE011
为冻水泵（冷冻水泵）的扬程。因此，可以建立如下表所示的一初始化第一滞后时间控制表：
Figure 207137DEST_PATH_IMAGE012
在上表中，滞后时间的一列中，其取值皆为初始化值。在初始化后，随着试验的进行，可以实际测得在不同室内外温差
Figure 175093DEST_PATH_IMAGE005
及温差
Figure 208908DEST_PATH_IMAGE013
的取值条件下的滞后时间
Figure 654933DEST_PATH_IMAGE004
的取值，此时，更新第一滞后时间控制表中滞后时间一列的数据并存储，同时，分别针对每一组室内外温差
Figure 972651DEST_PATH_IMAGE005
及温差，进行多次试验得到不同的滞后时间
Figure 632619DEST_PATH_IMAGE004
并存储，滞后时间
Figure 882335DEST_PATH_IMAGE004
即为室内实时温度
Figure 867609DEST_PATH_IMAGE002
变化至室内需求温度
Figure 862853DEST_PATH_IMAGE014
所需要的时间。
在室内需求温度经常变化的情况下，以室外实时温度
Figure 924667DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 764447DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度
Figure 245107DEST_PATH_IMAGE014
及滞后时间
Figure 724499DEST_PATH_IMAGE004
为参数建立第二滞后时间控制表，在温度区间[-A，B]、[-C，D]及[-E，F]内以k为步长可以划分为不同的温度值，在本实施例中，k取为1，这样只要将实际测得的室外实时温度
Figure 581596DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 213566DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度
Figure 865127DEST_PATH_IMAGE014
分别单位化，便可以分别与[-A，B]、[-C，D]及[-E，F]内的不同温度值对应，进行足够多的试验，使得实际测得的室外实时温度
Figure 598859DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度、室内需求温度
Figure 480545DEST_PATH_IMAGE014
能够全部覆盖[-A，B]、[-C，D]及[-E，F]内的所有温度值，随后以室外实时温度
Figure 568586DEST_PATH_IMAGE001
为X轴，以室内实时温度
Figure 835620DEST_PATH_IMAGE002
为Y轴，以室内需求温度
Figure 955891DEST_PATH_IMAGE014
为Z轴，建立如图4所示的三维直角坐标系，在该三维直角坐标系中，将单位化后的室外实时温度、室内实时温度
Figure 821396DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度的各取值点做直线相交，形成不同的要做时间预测的单位区间，如图3中立方体形所示，每个单位区间对应一组室外实时温度
Figure 834161DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 357546DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度
Figure 521811DEST_PATH_IMAGE014
值。对于每个单位区间，在初始建立第二滞后时间控制表的时候，给予一初始化值，该初始化值为
Figure 701119DEST_PATH_IMAGE009
，其中，为根据建筑结构估算的空调制冷机和室内的管道距离，为冻水泵的扬程。因此，可以建立如下表所示的一初始化第二滞后时间控制表：
Figure 407410DEST_PATH_IMAGE015
在上表中，
Figure 808436DEST_PATH_IMAGE016
，滞后时间的一列中，其取值皆为初始化值，在初始化后，随着试验的进行，可以实际测得在不同室外实时温度
Figure 152829DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 339222DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度
Figure 845290DEST_PATH_IMAGE014
的取值条件下的滞后时间
Figure 61508DEST_PATH_IMAGE004
的取值，此时，更新第二滞后时间控制表中滞后时间一列的数据并存储，同时，分别针对每一组室外实时温度
Figure 881696DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 234180DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度
Figure 98100DEST_PATH_IMAGE014
，进行多次试验得到不同的滞后时间
Figure 536034DEST_PATH_IMAGE004
并存储。
步骤3、将第一滞后时间控制表及第二滞后时间控制表中相同室内外温差及温差
Figure 366904DEST_PATH_IMAGE013
组合下与相同室外实时温度
Figure 480354DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 28753DEST_PATH_IMAGE002
及室内需求温度组合下的滞后时间
Figure 767088DEST_PATH_IMAGE004
的测量值分别求平均，以室外实时温度
Figure 989122DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 136070DEST_PATH_IMAGE002
、室内需求温度
Figure 164068DEST_PATH_IMAGE014
、室内外温差
Figure 34067DEST_PATH_IMAGE005
、温差
Figure 489319DEST_PATH_IMAGE013
及滞后时间为参数形成一张控制规则策略表，如下表所示：
Figure 892935DEST_PATH_IMAGE018
在上表中，滞后时间一列中有两个可选取值，分别针对的是室内需求温度经常变化及室内需求温度
Figure 742128DEST_PATH_IMAGE014
不变的情况，其中，
Figure 863668DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 171153DEST_PATH_IMAGE020
、……表示在室内需求温度
Figure 327328DEST_PATH_IMAGE014
经常变化时，滞后时间
Figure 809868DEST_PATH_IMAGE004
的测量值的均值，而
Figure 418704DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 326617DEST_PATH_IMAGE022
、……表示在室内需求温度
Figure 274982DEST_PATH_IMAGE014
经常不变时，滞后时间
Figure 242938DEST_PATH_IMAGE004
的测量值的均值；
在室内需求温度
Figure 526020DEST_PATH_IMAGE003
经常变化的情况下，系统会依据当前的室外实时温度
Figure 237624DEST_PATH_IMAGE001
、室内实时温度
Figure 306075DEST_PATH_IMAGE002
及室内需求温度
Figure 444932DEST_PATH_IMAGE003
找寻上表的第一列至第三列，找到当前值所属的当前区间，最终找到该单位区间所对应的滞后时间的测量值的均值
Figure 966491DEST_PATH_IMAGE023
作为滞后时间的预测值。同时，系统也会记录实际的滞后时间
Figure 199206DEST_PATH_IMAGE004
，并将该数据代入重新计算该单位区间对应的滞后时间
Figure 4351DEST_PATH_IMAGE004
的测量值的均值。
在室内需求温度
Figure 244709DEST_PATH_IMAGE003
不变化的情况下，系统会依据当前的室内外温差及温差找寻上表中的第四列及第五列，找到当前值所属的当前区间，最终找到该单位区间所对应的滞后时间
Figure 60852DEST_PATH_IMAGE004
的测量值的均值
Figure 652370DEST_PATH_IMAGE024
，作为滞后时间
Figure 297722DEST_PATH_IMAGE004
的预测值。同时，系统也会记录实际的滞后时间
Figure 949283DEST_PATH_IMAGE004
，并将该数据代入重新计算该单位区间对应的滞后时间
Figure 729020DEST_PATH_IMAGE004
的测量值的均值。

Claims (4)

1.一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，其特征在于，步骤为：
步骤1、通过含温度传感器的数据采集模块采集室外实时温度                                               及室内实时温度，并读取室内设定温度
Figure 2011101633173100001DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤2、以室外实时温度
Figure 350964DEST_PATH_IMAGE002
、室内实时温度
Figure 268104DEST_PATH_IMAGE004
、室内设定温度
Figure 47841DEST_PATH_IMAGE006
及滞后时间
Figure 2011101633173100001DEST_PATH_IMAGE008
为参数建立第二滞后时间控制表，在该第二滞后时间控制表中记录每一种室外实时温度
Figure 630001DEST_PATH_IMAGE002
、室内实时温度
Figure 444374DEST_PATH_IMAGE004
及室内设定温度
Figure 204519DEST_PATH_IMAGE006
的组合下所对应的滞后时间
Figure 471552DEST_PATH_IMAGE008
的测量值，其中，室外实时温度
Figure 670453DEST_PATH_IMAGE002
、室内实时温度
Figure 24817DEST_PATH_IMAGE004
及室内设定温度
Figure 18181DEST_PATH_IMAGE006
分别在温度区间[-A，B]、[-C，D]及[-E，F]内变化，变化的步长为k，k为有理数，分别针对每一组室外实时温度
Figure 772510DEST_PATH_IMAGE002
、室内实时温度
Figure 447205DEST_PATH_IMAGE004
及室内设定温度
Figure 970591DEST_PATH_IMAGE006
，进行多次试验测到多个滞后时间
Figure 400435DEST_PATH_IMAGE008
并存储；
步骤3、将第二滞后时间控制表中相同室外实时温度
Figure 829011DEST_PATH_IMAGE002
、室内实时温度
Figure 104135DEST_PATH_IMAGE004
及室内设定温度组合下的滞后时间
Figure 82772DEST_PATH_IMAGE008
的测量值分别求平均，以室外实时温度
Figure 749377DEST_PATH_IMAGE002
、室内实时温度
Figure 828191DEST_PATH_IMAGE004
、室内设定温度及滞后时间
Figure 786231DEST_PATH_IMAGE008
为参数形成一张控制规则策略表；
步骤4、在中央空调运行时，将当前的室外实时温度
Figure 736869DEST_PATH_IMAGE002
、室内实时温度及室内设定温度
Figure 971859DEST_PATH_IMAGE006
以步骤2中所述的k为单位进行单位化，依据室内设定温度
Figure 852090DEST_PATH_IMAGE006
是否经常变化在控制规则策略表内找到与该实测温度所对应的滞后时间
Figure 290025DEST_PATH_IMAGE008
的记录值作为当前温度条件下滞后时间的预测值，使得中央空调主机提前相应时间向末端进行供冷。
2.如权利要求1所述的一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，其特征在于，在进行步骤4的同时，记录当前的室内实时温度
Figure 710642DEST_PATH_IMAGE004
变化至室内设定温度
Figure 370162DEST_PATH_IMAGE006
所需要的时间，再返回步骤3，重新计算相应的均值。
3.如权利要求1所述的一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，其特征在于，在进行步骤1时，计算得到室内外温差 及和室内实时温度
Figure 483611DEST_PATH_IMAGE004
的温差
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，在进行步骤2时，对于室内设定温度
Figure 346525DEST_PATH_IMAGE006
常年不变的场所，以室内外温差
Figure 2011101633173100001DEST_PATH_IMAGE014
、温差及滞后时间
Figure 262178DEST_PATH_IMAGE008
为参数建立第一滞后时间控制表，在该第一滞后时间控制表中记录每一种室内外温差
Figure 323675DEST_PATH_IMAGE014
及温差
Figure 608026DEST_PATH_IMAGE016
的组合下所对应的滞后时间
Figure 20553DEST_PATH_IMAGE008
的测量值，其中，室内外温差
Figure 986235DEST_PATH_IMAGE014
及温差
Figure 167818DEST_PATH_IMAGE016
分别在温度区间[-N，M]及[-L，K]内变化，变化的步长为k，k为有理数，分别针对每一组室内外温差
Figure 357490DEST_PATH_IMAGE014
及温差
Figure 444264DEST_PATH_IMAGE016
，进行多次试验测到多个滞后时间
Figure 10375DEST_PATH_IMAGE008
并存储，随后在进行步骤3时，将第一滞后时间控制表相同室内外温差
Figure 312043DEST_PATH_IMAGE014
及温差组合下的滞后时间的测量值分别求平均，以室内外温差
Figure 367221DEST_PATH_IMAGE014
、温差
Figure 257816DEST_PATH_IMAGE016
、所述室外实时温度
Figure 743286DEST_PATH_IMAGE002
、所述室内实时温度
Figure 352122DEST_PATH_IMAGE004
、所述室内设定温度
Figure 525615DEST_PATH_IMAGE006
及所述滞后时间
Figure 536296DEST_PATH_IMAGE008
为参数形成一张控制规则策略表。
4.如权利要求3所述的一种滞后时间预测的中央空调系统智能控制方法，其特征在于，在最初建立第一滞后时间控制表及第二滞后时间控制表时，对第一滞后时间控制表及第二滞后时间控制表进行初始化，初始化时，滞后时间
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，其中，为根据建筑结构估算的空调制冷机和室内的管道距离，为冻水泵的扬程。
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