CN109140677A - 一种智能建筑节能控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能建筑节能控制系统，包括若干个温度传感器，安装在建筑物内的各测温点，用于实时检测建筑物内的温度；若干个光照传感器，安装建筑物内的各测光点，用于检测建筑物的日平均光照强度；若干个中央空调流量调节阀，安装在建筑物中央空调的管路上，用于对中央空调的送风流量进行实时调节；中央空调功率调节器，用于对中央空调的工作功率进行实时调节；控制器，接收建筑物内的实时温度和平均光照强度数据，对中央空调流量调节阀和中央空调功率调节器发出控制指令，在满足建筑物内设定温度的前提下降低中央空调的能耗。本发明能够改进现有技术的不足，提高了建筑物内温度检测和预测精度，降低了能源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及智能建筑技术领域，尤其是一种智能建筑节能控制系统及其控制方法。
背景技术
随着社会的发展，节能环保成为了各个行业非常重视的一项工作。智能建筑是近些年来兴起的一个概念，指通过将建筑物的结构、系统、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。其中，建筑物的节能设计是智能建筑中的一项重要组成部分。现有的智能建筑控温系统对于建筑物温度的控制不够精确，导致能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种智能建筑节能控制系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，提高了建筑物内温度检测和预测精度，降低了能源浪费。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种智能建筑节能控制系统，包括，
若干个温度传感器，安装在建筑物内的各测温点，用于实时检测建筑物内的温度；
若干个光照传感器，安装建筑物内的各测光点，用于检测建筑物的日平均光照强度；
若干个中央空调流量调节阀，安装在建筑物中央空调的管路上，用于对中央空调的送风流量进行实时调节；
中央空调功率调节器，用于对中央空调的工作功率进行实时调节；
控制器，接收建筑物内的实时温度和平均光照强度数据，对中央空调流量调节阀和中央空调功率调节器发出控制指令，在满足建筑物内设定温度的前提下降低中央空调的能耗。
一种上述的智能建筑节能控制系统的控制方法，包括以下步骤：
A、温度传感器采集测温点的实时温度数据、光照传感器采集测光点的日平均光照强度数据，发送至控制器；
B、控制器根据温度设定值，并结合温度传感器和光照传感器采集的数据对中央空调流量调节阀和中央空调功率调节器发送调节指令，使中央空调运行在最低功耗状态下。
作为优选，步骤B中，控制器对于实时温度数据进行如下处理，
B11、将实时温度数据根据测温点的三维位置整理为三维方向的温度矩阵X、Y和Z；
B12、使用温度矩阵拟合出建筑物内的温度曲线；
B13、计算温度曲线上测温点位置的修正系数P，
，
其中，i、j、k分别为测温点的三维坐标，、、分别为以各测温点三维坐标为中心的温度矩阵，U为历史平均温度曲线的温度矩阵；
B14、使用修正系数P对步骤B12中的温度曲线的对应测温点位置进行温度修正，使温度曲线上测温点位置的拟合温度值与测温点的实测温度值的比值与修正系数P成正比。
作为优选，步骤B中，控制器对日平均光照强度数据进行如下处理，
B21、将各测光点的日平均光照强度数据拟合为建筑物的光照曲线；
B22、将历史温度曲线和历史光照曲线进行傅里叶分解，建立同频率但非线性相关的温度曲线分量和光照曲线分量的映射关系；
B23、使用映射集合和实时的光照曲线对未来的温度曲线进行预测。。
作为优选，步骤B中，在控制器内设定相邻测温点之间的热传导函数，根据热传导函数计算相邻测温点的热量传导方向和传导速率，对温度曲线预测值进行修正。
作为优选，步骤B中，控制器使用修正后的温度曲线预测值和温度设定值计算中央空调的输出功率，然后根据不同测温点的实测温度变化，对中央空调流量调节阀进行控制，进行制冷/热量的分配。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明将建筑物内的温度建立三维立体的温度数据，可全面掌握建筑物内不同位置的温度变化情况。然后使用温度曲线自身的自我修正和光照强度曲线以及热传导函数的两次修正，降低外界因素对于温度曲线的预测值的干扰，提高温度预测精度，从而为中央空调的功率控制和功率分配提供准确的数据支持，提高能源利用率。本发明提供的温度曲线自身的自我修正方法可以有效降低温度曲线拟合过程中出现的偏差值，使用光照强度曲线对温度曲线的修正可以减小光照因素对于温度曲线预测的影响，而且通过建立映射集合，可以大大降低修正的计算量。使用热传导函数对温度曲线预测值进行修正，可以有效降低建筑物内不同区域由于温差造成热量流动对温度预测的影响。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图中：1、温度传感器；2、光照传感器；3、中央空调流量调节阀；4、中央空调功率调节器；5、控制器。
具体实施方式
参照图1，本发明一个具体实施方式包括，
若干个温度传感器1，安装在建筑物内的各测温点，用于实时检测建筑物内的温度；
若干个光照传感器2，安装建筑物内的各测光点，用于检测建筑物的日平均光照强度；
若干个中央空调流量调节阀3，安装在建筑物中央空调的管路上，用于对中央空调的送风流量进行实时调节；
中央空调功率调节器4，用于对中央空调的工作功率进行实时调节；
控制器5，接收建筑物内的实时温度和平均光照强度数据，对中央空调流量调节阀3和中央空调功率调节器4发出控制指令，在满足建筑物内设定温度的前提下降低中央空调的能耗。
一种上述的智能建筑节能控制系统的节能控制方法，包括以下步骤：
A、温度传感器1采集测温点的实时温度数据、光照传感器2采集测光点的日平均光照强度数据，发送至控制器5；
B、控制器5根据温度设定值，并结合温度传感器1和光照传感器2采集的数据对中央空调流量调节阀3和中央空调功率调节器4发送调节指令，使中央空调运行在最低功耗状态下。
步骤B中，控制器对于实时温度数据进行如下处理，
B11、将实时温度数据根据测温点的三维位置整理为三维方向的温度矩阵X、Y和Z；
B12、使用温度矩阵拟合出建筑物内的温度曲线；
B13、计算温度曲线上测温点位置的修正系数P，
，
其中，i、j、k分别为测温点的三维坐标，、、分别为以各测温点三维坐标为中心的温度矩阵，U为历史平均温度曲线的温度矩阵；
B14、使用修正系数P对步骤B12中的温度曲线的对应测温点位置进行温度修正，使温度曲线上测温点位置的拟合温度值与测温点的实测温度值的比值与修正系数P成正比。
步骤B中，控制器5对日平均光照强度数据进行如下处理，
B21、将各测光点的日平均光照强度数据拟合为建筑物的光照曲线；
B22、将历史温度曲线和历史光照曲线进行傅里叶分解，建立同频率但非线性相关的温度曲线分量和光照曲线分量的映射关系；
B23、使用映射集合和实时的光照曲线对未来的温度曲线进行预测。
步骤B中，在控制器内设定相邻测温点之间的热传导函数，根据热传导函数计算相邻测温点的热量传导方向和传导速率，对温度曲线预测值进行修正。
步骤B中，控制器5使用修正后的温度曲线预测值和温度设定值计算中央空调的输出功率，然后根据不同测温点的实测温度变化，对中央空调流量调节阀3进行控制，进行制冷/热量的分配。
在控制器5对温度进行控制的过程中，采用PID控制方法。在对PID控制参数进行整定的过程中，由于测温点数量众多，导致整定自变量过多，从而需要对整定自变量进行精简：
1、首先将线性相关的自变量合并为自变量矩阵；
2、对自变量矩阵进行如下处理：
其中，为自变量矩阵的特征向量，为与所述自变量矩阵对应的因变量矩阵的特征向量，ρ为阈值；
3、使用保留的自变量矩阵进行参数整定。
建筑物内测温点的设置遵循以下方式：每个房间内至少设置一个测温点，若房间内设置多个测温点，则相同房间内的测温点之间的距离大于房间长宽高中最小的数据。相邻房间的测温点之间的距离大于墙体厚度的3倍。这一设置方式可以有效降低温度曲线与测温点实测值之间的偏差量，从而降低步骤B14中的修正计算量。
建筑物内测光点的设置遵循以下方式：每个房间内至少设置一个测光点，测光点距离窗户的距离大于0.5m，且小于房间长宽中最小数据的2/3，测光点的高度为1～1.5m。这一设置方式可以是测光点的检测数据接近房间内的平均光照强度，提高使用光照强度数据对温度曲线进行修正的精确度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种智能建筑节能控制系统，其特征在于：包括，
若干个温度传感器（1），安装在建筑物内的各测温点，用于实时检测建筑物内的温度；
若干个光照传感器（2），安装建筑物内的各测光点，用于检测建筑物的日平均光照强度；
若干个中央空调流量调节阀（3），安装在建筑物中央空调的管路上，用于对中央空调的送风流量进行实时调节；
中央空调功率调节器（4），用于对中央空调的工作功率进行实时调节；
控制器（5），接收建筑物内的实时温度和平均光照强度数据，对中央空调流量调节阀（3）和中央空调功率调节器（4）发出控制指令，在满足建筑物内设定温度的前提下降低中央空调的能耗。
2.一种权利要求1所述的智能建筑节能控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、温度传感器（1）采集测温点的实时温度数据、光照传感器（2）采集测光点的日平均光照强度数据，发送至控制器（5）；
B、控制器（5）根据温度设定值，并结合温度传感器（1）和光照传感器（2）采集的数据对中央空调流量调节阀（3）和中央空调功率调节器（4）发送调节指令，使中央空调运行在最低功耗状态下。
3.根据权利要求2所述的智能建筑节能控制系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，控制器（5）对于实时温度数据进行如下处理，
B11、将实时温度数据根据测温点的三维位置整理为三维方向的温度矩阵X、Y和Z；
B12、使用温度矩阵拟合出建筑物内的温度曲线；
B13、计算温度曲线上测温点位置的修正系数P，
，
其中，i、j、k分别为测温点的三维坐标，、、分别为以各测温点三维坐标为中心的温度矩阵，U为历史平均温度曲线的温度矩阵；
B14、使用修正系数P对步骤B12中的温度曲线的对应测温点位置进行温度修正，使温度曲线上测温点位置的拟合温度值与测温点的实测温度值的比值与修正系数P成正比。
4.根据权利要求3所述的智能建筑节能控制系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，控制器（5）对日平均光照强度数据进行如下处理，
B21、将各测光点的日平均光照强度数据拟合为建筑物的光照曲线；
B22、将历史温度曲线和历史光照曲线进行傅里叶分解，建立同频率但非线性相关的温度曲线分量和光照曲线分量的映射关系；
B23、使用映射集合和实时的光照曲线对未来的温度曲线进行预测。
5.根据权利要求4所述的智能建筑节能控制系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，在控制器（5）内设定相邻测温点之间的热传导函数，根据热传导函数计算相邻测温点的热量传导方向和传导速率，对温度曲线预测值进行修正。
6.根据权利要求5所述的智能建筑节能控制系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，控制器（5）使用修正后的温度曲线预测值和温度设定值计算中央空调的输出功率，然后根据不同测温点的实测温度变化，对中央空调流量调节阀（3）进行控制，进行制冷/热量的分配。
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