CN110131853B - 一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,包含对室外环境和中央空调系统数据采集并计算获得室外空气焓值和空调负荷;选择计算周期,建立每日各周期时段的标准空气焓值、空调负荷及供水温度;对空气焓值和空调负荷进行变论域模糊化处理;采用模糊查表并反模糊化推理出当前周期时段供水温度的偏差值,将当前周期时段的供水温度标准值和偏差值求和得到冷冻水供水温度设定值;通过不断调整焓值和空调负荷的模糊化论域及模糊规则表,使冷冻水供水温度即满足实际负荷需求,又避免由于供水温度过低造成空调系统能量浪费。

Description

一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法
技术领域
本发明涉及一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,属于中央空调的节能优化控制技术领域。
背景技术
目前,大型中央空调系统的冷源与末端设备之间通常以冷冻水为介质实现热量交换,在实际运行中,冷冻水供回水温度通常采用固定的7/12℃方案。然而,中央空调系统通常按最大负荷来设计,在实际运行中仅有极短时间运行在设计工况,大部分时间都在部分负荷下运行,此时可以通过调整冷冻水供水温度实现节能。
对于常规不含蓄冷/蓄冰的中央空调系统,在部分负荷运行时可通过提高冷冻水供水温度实现节能,根据相关研究,冷冻水温度每提高1℃,可节能3-4%。但是对于含蓄冷/蓄冰的系统,考虑到峰谷电价差异,在释冷时段采用大温差小流量的运行方式也许更加节能。因此,冷冻水供水温度在调整时需综合考虑经济效益和舒适性,在每日不同时段、不同负荷、不同运行工况下,冷冻水供水温度的调整策略也不相同,采用简单的公式拟合无法达到满意的效果。
为实现冷冻水供水温度的寻优,在满足舒适性的同时,减少系统的能耗,同时保证系统的平稳运行,提出了一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法。
发明内容
目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,通过计算室外空气焓值和空调负荷,变论域模糊化处理后以之为模糊推理前件,经过模糊推理得到不同工况和时段下冷冻水供水温度,并结合实际运行效果和经济性对模糊论域和模糊规则进行修正,在保证系统稳定运行的同时,实现中央空调系统节能。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,包括如下步骤:
步骤一,采集室外环境温湿度及冷冻水供、回水温度、流量,计算出室外空气焓值和空调负荷,并以之为模糊推理前件;
步骤二,选择分段周期,将每日按时间轴划分为多个时间段,并结合历史数据设定各时间段下空气焓值、空调负荷以及冷冻水供水温度的标准值;
步骤三,将每个时间段空气焓值和空调负荷标准值定义为模糊化论域的零点,扩展出各时间段下对应的模糊论域;根据当前时间段空气焓值和空调负荷的模糊论域,将空气焓值和空调负荷实际值进行模糊化处理,得到各时间段空气焓值和空调负荷实际值在各论域下的隶属度μA'(H)、μB'(Q);
步骤四,根据第j时间段空气焓值、空调负荷实际值的7个模糊论域的隶属度μA'(H)、μB'(Q),采用模糊推理规则表,推理出表格中每格的隶属度,并利用推理公式推理出当前时间段冷冻水供水温度与标准供水温度之间的实际偏差值μC'(T);
步骤五:通过反模糊化公式处理μC'(T),得到冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值ΔT;
步骤六:冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值ΔT通过修正方式,得到最终的冷冻水供水温度Tsend
作为优选方案,还包括步骤七、八;
步骤七:核对在当前推理得到的冷冻水供水温度下运行时,最不利末端室内温度tn、设备运行电耗P以及释冷量Qr,以满足最不利末端室内温度tn为前提条件,计算当前冷冻水供水温度下的总运行电费E;
Figure GDA0002755600030000031
其中:tn为最不利末端室内温度,单位为℃,tn.set为室内温度设定值,单位为℃,P为当前设备运行电耗,单位为kW,F为当前时段电价,单位为元/kWh,Qr为释冷量,单位为RT,Fr为单位制冷成本,单位为元/RTh,E为运行电费,单位为元;
步骤八:重复步骤二至步骤七,通过调整模糊化论域和模糊规则表,在满足最不利末端室内温度需求的同时,使运行电费E最低。
作为优选方案,所述步骤一包括:
根据空气焓值计算公式有:
H=1.01t+(2500+1.85t)d
其中:H为空气焓值,单位为kJ/kg干空气,t为空气温度,单位为℃,d为空气的含湿量,单位为kg/kg干空气;
空气含湿量d的计算公式为:
Figure GDA0002755600030000041
其中:P为标准大气压,为101325Pa,φ为空气相对湿度,单位为%,Ps为水蒸气饱和蒸汽压力,单位为Pa;
通常的空气温湿度测量仪表采集空气温度t和空气相对湿度φ,在0-200℃时,水蒸气饱和蒸汽压力可以由拟合公式计算:
Figure GDA0002755600030000042
其中:c1-c6为常数,c1为-5800.2206,c2为1.3914993,c3为-0.04860239,c4为0.41764768×10-4,c5为-0.14452093×10-7,c6为6.5459673,T为开氏温度,单位为K;
冷冻水供回水热量的变化就是空调系统的换热量,即是中央空调系统的负荷;
根据热量计算公式有:
Q=C·q·Δt
其中:Q为换热量即空调负荷,单位为kJ/s,C为水的比热容,为4.2kJ/(kg·℃),q为流体流量,单位为kg/s,Δt为冷冻水供回水温差,单位为℃。
作为优选方案,所述步骤二包括:
在各时间段下空气焓值、空调负荷以及冷冻水供水温度标准值为历史采样数据在该时间段下的平均值,即:
Figure GDA0002755600030000051
其中:Hj为第j时间段,j=1,2,...,m下空气焓值的标准值,单位为kJ/kg干空气,Hi,j为第j时间段下空气焓值的第i组,i=1,2,...,n历史采样值,单位为kJ/kg干空气,Qj为第j时间段,j=1,2,...,m下空调负荷的标准值,单位为kJ/s,Qi,j为第j时间段下空调负荷的第i组,i=1,2,...,n历史采样值,单位为kJ/s,Tj为第j时间段,j=1,2,...,m下冷冻水供水温度的标准值,单位为℃,Ti,j为第j时间段下冷冻水供水温度的第i组,i=1,2,...,n历史采样值,单位为℃。
作为优选方案,所述步骤三包括:
步骤3.1:在各时间段下将空气焓值H和空调负荷Q用模糊化语言来描述,划分为7个模糊论域,分别为[负大,负中,负小,零,正小,正中,正大],用符号表示为[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB];
步骤3.2:每个模糊论域均有对应的模糊化论域中心,其中各时间段下空气焓值的标准值Hj和空调负荷的标准值Qj为论域“零”的论域中心;同时,根据历史采样值计算出各时间段下空气焓值和空调负荷的最大值Hmaxj,Qmaxj和最小值Hminj,Qminj,并使其为论域“正大”和“负大”的论域中心;
步骤3.3:论域“负中”、“负小”的论域中心介于“负大”和“零”之间,采用等分法将“负大”和“零”等分为3段,可对等分点进行一定幅度的调整,则获取“负中”和“负小”的论域中心;同理,可计算出“正小”和“正中”的论域中心;
步骤3.4:利用隶属度函数进行模糊化处理,得到各模糊前件在各论域下的隶属度μA'(H)、μB'(Q)。
作为优选方案,μA(H)为模糊推理规则表中每条模糊规则所对应的各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的空气焓值的隶属度,μB(Q)为模糊推理规则表中每条模糊规则所对应的各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的空调负荷的隶属度,每个交点代表冷冻水供水温度与标准供水温度之间温差在该模糊论域隶属度;
每个交点的模糊论域按以下方法获得:
步骤1:每个交点模糊论域推理语句是If空气焓值isμA(H)and空调负荷isμB(Q),then供水温度偏差isμC(T);
步骤2:令μA(H)中每个模糊论域为1,其它为0,并依次变换7种情况;
步骤3:令μB(Q)中每个模糊论域为1,其它为0,并依次变换7种情况;
步骤4:将μA(H)、μB(Q)各7种情况代入每个交点的推理语句中,得到49个交点的模糊论域,如下表所示:
Figure GDA0002755600030000071
作为优选方案,所述利用推理公式推理出当前时间段冷冻水供水温度与标准供水温度之间的实际偏差值μC'(T),具体步骤如下:
步骤1:将μA'(H)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空气焓值的隶属度写入模糊推理规则表中列向量,将μB'(Q)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空调负荷的隶属度写入模糊推理规则表中行向量;
步骤2:每个交点冷冻水供水温度偏差的隶属度按μA→B(x,y)=μA(x)∧μB(y)计算,即两个隶属度取小;
步骤3:将每个交点的隶属度与模糊推理规则表中的模糊论域相对应;
步骤4:冷冻水供水温度偏差的隶属度在同一模糊论域中取大,再合并其它模糊论域值,没有隶属度的取0,组成μC'(T)在7个模糊论域中的向量值。
作为优选方案,所述反模糊化公式如下:
Figure GDA0002755600030000081
其中:ΔT为冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值,单位为℃,ΔTi为冷冻水温度与标准供水温度间偏差在论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的模糊化论域中心,分别取为[-3,-2,-1,0,1,2,3],单位为℃。
作为优选方案,所述修正方式如下:
Tsend=Tj+ΔT
其中:Tsend为当前时刻的实际冷冻水供水温度值,单位为℃,Tj为当前时间段j的冷冻水供水温度标准值,单位为℃,ΔT为根据模糊推理得到的冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值,单位为℃。
有益效果:本发明提供的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,可以对冷冻水供水温度进行优化调整,在满足空调舒适性要求的同时,以综合能耗为考核指标,实现中央空调系统节能,同时由于采用分时段变论域的偏差修正计算方案,有较强的适应性,可满足蓄冰/蓄冷等多种能源结构的综合寻优。
附图说明
图1为本发明中央空调冷冻水供水温度设定方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示,一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其具体步骤如下:
步骤一,采集室外环境温湿度及冷冻水供、回水温度、流量,计算出室外空气焓值和空调负荷,并以之为模糊推理前件。
根据空气焓值计算公式有:
H=1.01t+(2500+1.85t)d
其中:H为空气焓值,单位为kJ/kg干空气,t为空气温度,单位为℃,d为空气的含湿量,单位为kg/kg干空气。
空气含湿量d的计算公式为:
Figure GDA0002755600030000091
其中:P为标准大气压,为101325Pa,φ为空气相对湿度,单位为%,Ps为水蒸气饱和蒸汽压力,单位为Pa。
通常的空气温湿度测量仪表可以采集空气温度t和空气相对湿度φ,在0-200℃时,水蒸气饱和蒸汽压力可以由拟合公式计算:
Figure GDA0002755600030000101
其中:c1-c6为常数,c1为-5800.2206,c2为1.3914993,c3为-0.04860239,c4为0.41764768×10-4,c5为-0.14452093×10-7,c6为6.5459673,T为开氏温度,单位为K。
由于空调系统是闭式系统,根据能量守恒定律,冷冻水供回水热量的变化就是空调系统的换热量,即是中央空调系统的负荷。
根据热量计算公式有:
Q=C·q·Δt
其中:Q为换热量即空调负荷,单位为kJ/s,C为水的比热容,为4.2kJ/(kg·℃),q为流体流量,单位为kg/s,Δt为冷冻水供回水温差,单位为℃。
将计算得到的空气焓值H和空调负荷Q作为模糊推理前件,可以较全面反映当前空调系统的运行工况,从而指导冷冻水供水温度调整。
步骤二,选择分段周期,将每日按时间轴划分为多个时间段,并结合历史数据设定各时间段下空气焓值、空调负荷以及冷冻水供水温度的标准值。
在各时间段下空气焓值、空调负荷以及冷冻水供水温度标准值为历史采样数据在该时间段下的平均值,即:
Figure GDA0002755600030000111
其中:Hj为第j时间段(j=1,2,...,m)下空气焓值的标准值,单位为kJ/kg干空气,Hi,j为第j时间段下空气焓值的第i组(i=1,2,...,n)历史采样值,单位为kJ/kg干空气,Qj为第j时间段(j=1,2,...,m)下空调负荷的标准值,单位为kJ/s,Qi,j为第j时间段下空调负荷的第i组(i=1,2,...,n)历史采样值,单位为kJ/s,Tj为第j时间段(j=1,2,...,m)下冷冻水供水温度的标准值,单位为℃,Ti,j为第j时间段下冷冻水供水温度的第i组(i=1,2,...,n)历史采样值,单位为℃。
例如以小时为周期,将每日按小时划分为24个时间段,并设定每小时对应的各项标准值,如表1所示。
Figure GDA0002755600030000112
表1为各时间段标准参数
步骤三,将每个时间段空气焓值和空调负荷标准值定义为模糊化论域的零点,扩展出各时间段下对应的模糊论域;根据当前时间段空气焓值和空调负荷的模糊论域,将空气焓值和空调负荷实际值进行模糊化处理,得到各时间段空气焓值和空调负荷实际值在各论域下的隶属度μA'(H)、μB'(Q)。
在各时间段下将空气焓值H和空调负荷Q用模糊化语言来描述,划分为7个模糊论域,分别为[负大,负中,负小,零,正小,正中,正大],用符号表示为[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]。
每个模糊论域均有对应的模糊化论域中心,其中各时间段下空气焓值的标准值Hj和空调负荷的标准值Qj为论域“零”的论域中心。同时,根据历史采样值计算出各时间段下空气焓值和空调负荷的最大值Hmaxj,Qmaxj和最小值Hminj,Qminj,并使其为论域“正大”和“负大”的论域中心。
Figure GDA0002755600030000121
论域“负中”、“负小”的论域中心介于“负大”和“零”之间,采用等分法将“负大”和“零”等分为3段,根据运行经验对等分点进行±15%的调整后,则可以获取“负中”和“负小”的论域中心。同理,可计算出“正小”和“正中”的论域中心。
例如以表1设定的每日各时间段标准值,可以设定每个时间段下空气焓值和空调负荷的模糊化论域中心如表2所示。
Figure GDA0002755600030000131
表2分周期时间段模糊推理前件的模糊论域
采用这种根据不同时间段对应不同模糊化论域中心的办法,可实现对模糊前件的变论域模糊化处理。由于每个时间段的理想工况并不完全一致,采用变论域模糊化处理具有较好的灵活性和适应性,能根据不同时间段理想工况进行调整,从而准确反映出当前工况偏离理想工况的程度。
可采用三角型、高斯型等隶属度函数进行模糊化处理,得到各模糊前件在各论域下的隶属度。现以空气焓值为例:
空气焓值H在第j时间段论域为“零”的三角型隶属度函数为:
Figure GDA0002755600030000132
其中:H为当前时刻的空气焓值实际值,单位为kJ/kg干空气,Hnsj,Hzoj,Hpsj分别为在第j时间段下“负小”、“零”、“正小”对应的空气焓值论域中心,单位为kJ/kg干空气。
空气焓值H在第j时间段论域为“零”的高斯型隶属度函数为:
Figure GDA0002755600030000141
其中:H为需模糊化的空气焓值实际值,Hzoj为模糊论域“零”论域中心,σ为影响函数曲线宽度的系数。
同理,可计算出空气焓值H实际值其余模糊论域的隶属度。
根据三角型隶属度函数或高斯型隶属度函数计算空气焓值H在第j时间段7个模糊论域的隶属度,即实际值与论域中心之间的隶属关系,经过模糊化处理后,例如,对应各论域[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]的隶属度为[0,0.5,0.5,0,0,0,0],在模糊数学中则写为:[0/NB,0.5/NM,0.5/NS,0/ZO,0/PS,0/PM,0/PB]。
同理,可计算出第j时间段空调负荷Q实际值在7个模糊论域的隶属度。
步骤四,根据第j时间段空气焓值H、空调负荷Q实际值的7个模糊论域的隶属度μA'(H)、μB'(Q),采用模糊推理规则表,推理出表格中每格的隶属度,并利用推理公式推理出当前时间段冷冻水供水温度与标准供水温度之间的实际偏差值μC'(T)。模糊推理方法可采用扎德法或Mamdani法。
扎德推理法其隶属度函数为:
μA→B(x,y)=[μA(x)∧μB(y)]∨[1-μA(x)]
Mamdani法其隶属度函数为:
μA→B(x,y)=μA(x)∧μB(y)
其中,∧表示取小运算,∨表示取大运算。μA→B(x,y)表示模糊推理关系A→B的隶属度函数。
本方法采用二维输入,模糊推理关系可采用模糊推理表表示,如表3所示。
Figure GDA0002755600030000151
表3为模糊推理规则表
μA(H)为模糊推理规则表中每条模糊规则所对应的各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的空气焓值的隶属度,μB(Q)为模糊推理规则表中每条模糊规则所对应的各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的空调负荷的隶属度,每个交点代表冷冻水供水温度与标准供水温度之间温差在该模糊论域隶属度。
每个交点的模糊论域按以下方法获得:
步骤1:每个交点模糊论域推理语句是If空气焓值isμA(H)and空调负荷isμB(Q),then供水温度偏差isμC(T);
步骤2:令μA(H)中每个模糊论域为1,其它为0,并依次变换7种情况;
步骤3:令μB(Q)中每个模糊论域为1,其它为0,并依次变换7种情况;
步骤4:将μA(H)、μB(Q)各7种情况代入每个交点的推理语句中,得到49个交点的模糊论域。
例如:令
Figure GDA0002755600030000161
Figure GDA0002755600030000162
代入If空气焓值isμA(H)and空调负荷isμB(Q),then供水温度偏差isμC(T);得到
Figure GDA0002755600030000163
即第1个交点的模糊论域为PB。
以Mamdani推理法为例,本发明的模糊推理公式为:
μC'(T)=∨{μA'(H)∧[μA(H)∧μC(T)]}∩∨{μB'(Q)∧[μB(Q)∧μC(T)]}
其中:μC'(T)为实际推理得到的在各模糊论域i(i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB])下的冷冻水供水温度偏差的隶属度,范围为0-1,μA'(H)为在各模糊论域i(i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB])下实际的空气焓值的隶属度,范围为0-1,μB'(Q)为在各模糊论域i(i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB])下实际的空调负荷的隶属度,范围为0-1。μA(H)、μB(Q)、μC(T)分别为模糊推理规则表中每条模糊规则所对应的各模糊论域i(i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB])下的空气焓值、空调负荷、冷冻水供水温度偏差的隶属度。
例如:μA'(H)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空气焓值的隶属度为
Figure GDA0002755600030000171
μB'(Q)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空调负荷的隶属度为
Figure GDA0002755600030000172
采用Mamdani推理法可得:
步骤1:将μA'(H)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空气焓值的隶属度写入模糊推理规则表中列向量,将μB'(Q)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空调负荷的隶属度写入模糊推理规则表中行向量。
步骤2:每个交点冷冻水供水温度偏差的隶属度按μA→B(x,y)=μA(x)∧μB(y)计算,即两个隶属度取小,得到表4;
Figure GDA0002755600030000173
表4
步骤3:表4中冷冻水供水温度偏差的隶属度对应模糊论域分别为0.5/PB、0.3/PB、0.7/PM、0.3/PS;
步骤4:利用模糊推理公式冷冻水供水温度偏差的隶属度在模糊论域PB中取大,再合并其它模糊论域值,没有隶属度的取0,组成μC'(T)在7个模糊论域中的向量值
Figure GDA0002755600030000181
可以看出,激活的模糊规则共有4条,经推理得到实际的冷冻水温度偏差隶属度μC'(T)为
Figure GDA0002755600030000182
步骤五:通过反模糊化公式处理μC'(T),得到冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值ΔT。
反模糊化公式如下:
Figure GDA0002755600030000183
其中:ΔT为冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值,单位为℃,ΔTi为冷冻水温度与标准供水温度间偏差在论域i(i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB])下的模糊化论域中心,分别取为[-3,-2,-1,0,1,2,3],单位为℃。
例如,实际的冷冻水温度偏差隶属度μC'(T)为
Figure GDA0002755600030000184
经过反模糊化公式处理,此时推理得到的温度偏差ΔT为:
Figure GDA0002755600030000185
步骤六:冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值ΔT,通过修正方式,得到最终的冷冻水供水温度Tsend
修正方式如下:
Tsend=Tj+ΔT
其中:Tsend为当前时刻的实际冷冻水供水温度值,单位为℃,Tj为当前时间段j的冷冻水供水温度标准值,单位为℃,ΔT为根据模糊推理得到的冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值,单位为℃。
采用温度偏差修正的方式可使冷冻水供水温度在标准值附近变化,防止供水温度出现大幅波动。
步骤七,核对在当前推理得到的冷冻水供水温度下运行时,最不利末端室内温度tn、设备运行电耗P以及释冷量Qr,对当前冷冻水供水温度合理性进行综合评判,即以满足最不利末端室内温度tn为前提条件,计算当前冷冻水供水温度下的总运行电费E。
Figure GDA0002755600030000191
其中:tn为最不利末端室内温度,单位为℃,tn.set为室内温度设定值,单位为℃,P为当前设备运行电耗,单位为kW,F为当前时段电价,单位为元/kWh,Qr为释冷量,单位为RT,Fr为单位制冷成本,单位为元/RTh,E为运行电费,单位为元。
步骤八:重复步骤二至步骤七,通过调整模糊化论域和模糊规则表,在满足最不利末端室内温度需求的同时,使运行电费E最低。
通过以上的冷冻水供水温度优化计算方法,可以在满足室内温度需求的同时,综合考虑了实时电费和释冷电费,实现运行费用最低,同时由于采用了变论域模糊推理温差补偿的方式,利用空调负荷和空气焓值来对温差补偿进行模糊推理,具有贴合冷冻水供水温度需求变化方向、冷冻水供水温度变化平滑的特点,可有效避免冷冻水温度大幅波动,提高了系统运行稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一,采集室外环境温湿度及冷冻水供、回水温度、流量,计算出室外空气焓值和空调负荷,并以之为模糊推理前件;
步骤二,选择分段周期,将每日按时间轴划分为多个时间段,并结合历史数据设定各时间段下空气焓值、空调负荷以及冷冻水供水温度的标准值;
步骤三,将每个时间段空气焓值和空调负荷标准值定义为模糊化论域的零点,扩展出各时间段下对应的模糊论域;根据当前时间段空气焓值和空调负荷的模糊论域,将空气焓值和空调负荷实际值进行模糊化处理,得到各时间段空气焓值和空调负荷实际值在各论域下的隶属度μA'(H)、μB'(Q);
步骤四,根据第j时间段空气焓值、空调负荷实际值的7个模糊论域的隶属度μA'(H)、μB'(Q),采用模糊推理规则表,推理出表格中每格的隶属度,并利用推理公式推理出当前时间段冷冻水供水温度与标准供水温度之间的实际偏差值μC'(T);
步骤五:通过反模糊化公式处理μC'(T),得到冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值ΔT;
步骤六:冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值ΔT通过修正方式,得到最终的冷冻水供水温度Tsend
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:还包括步骤七、八;
步骤七:核对在当前推理得到的冷冻水供水温度下运行时,最不利末端室内温度tn、设备运行电耗P以及释冷量Qr,以满足最不利末端室内温度tn为前提条件,计算当前冷冻水供水温度下的总运行电费E;
Figure FDA0002755600020000021
其中:tn为最不利末端室内温度,单位为℃,tn.set为室内温度设定值,单位为℃,P为当前设备运行电耗,单位为kW,F为当前时段电价,单位为元/kWh,Qr为释冷速率,单位为RT,Fr为单位制冷成本,单位为元/RTh,E为运行电费,单位为元;
步骤八:重复步骤二至步骤七,通过调整模糊化论域和模糊规则表,在满足最不利末端室内温度需求的同时,使运行电费E最低。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:所述步骤一包括:
根据空气焓值计算公式有:
H=1.01t+(2500+1.85t)d
其中:H为空气焓值,单位为kJ/kg干空气,t为空气温度,单位为℃,d为空气的含湿量,单位为kg/kg干空气;
空气含湿量d的计算公式为:
Figure FDA0002755600020000031
其中:P为标准大气压,为101325Pa,φ为空气相对湿度,单位为%,Ps为水蒸气饱和蒸汽压力,单位为Pa;
通常的空气温湿度测量仪表采集空气温度t和空气相对湿度φ,在0-200℃时,水蒸气饱和蒸汽压力可以由拟合公式计算:
Figure FDA0002755600020000032
其中:c1-c6为常数,c1为-5800.2206,c2为1.3914993,c3为-0.04860239,c4为0.41764768×10-4,c5为-0.14452093×10-7,c6为6.5459673,T为开氏温度,单位为K;
冷冻水供回水热量的变化就是空调系统的换热量,即是中央空调系统的负荷;
根据热量计算公式有:
Q=C·q·Δt
其中:Q为换热量即空调负荷,单位为kJ/s,C为水的比热容,为4.2kJ/(kg·℃),q为流体流量,单位为kg/s,Δt为冷冻水供回水温差,单位为℃。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:所述步骤二包括:
在各时间段下空气焓值、空调负荷以及冷冻水供水温度标准值为历史采样数据在该时间段下的平均值,即:
Figure FDA0002755600020000041
其中:Hj为第j时间段,j=1,2,...,m下空气焓值的标准值,单位为kJ/kg干空气,Hi,j为第j时间段下空气焓值的第i组,i=1,2,...,n历史采样值,单位为kJ/kg干空气,Qj为第j时间段,j=1,2,...,m下空调负荷的标准值,单位为kJ/s,Qi,j为第j时间段下空调负荷的第i组,i=1,2,...,n历史采样值,单位为kJ/s,Tj为第j时间段,j=1,2,...,m下冷冻水供水温度的标准值,单位为℃,Ti,j为第j时间段下冷冻水供水温度的第i组,i=1,2,...,n历史采样值,单位为℃。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:所述步骤三包括:
步骤3.1:在各时间段下将空气焓值H和空调负荷Q用模糊化语言来描述,划分为7个模糊论域,分别为[负大,负中,负小,零,正小,正中,正大],用符号表示为[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB];
步骤3.2:每个模糊论域均有对应的模糊化论域中心,其中各时间段下空气焓值的标准值Hj和空调负荷的标准值Qj为论域“零”的论域中心;同时,根据历史采样值计算出各时间段下空气焓值和空调负荷的最大值Hmaxj,Qmaxj和最小值Hminj,Qminj,并使其为论域“正大”和“负大”的论域中心;
步骤3.3:论域“负中”、“负小”的论域中心介于“负大”和“零”之间,采用等分法将“负大”和“零”等分为3段,可对等分点进行一定幅度的调整,则获取“负中”和“负小”的论域中心;同理,可计算出“正小”和“正中”的论域中心;
步骤3.4:利用隶属度函数进行模糊化处理,得到各模糊前件在各论域下的隶属度μA'(H)、μB'(Q)。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:μA(H)为模糊推理规则表中每条模糊规则所对应的各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的空气焓值的隶属度,μB(Q)为模糊推理规则表中每条模糊规则所对应的各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的空调负荷的隶属度,每个交点代表冷冻水供水温度与标准供水温度之间温差在该模糊论域隶属度;
每个交点的模糊论域按以下方法获得:
步骤1:每个交点模糊论域推理语句是If空气焓值isμA(H)and空调负荷isμB(Q),then供水温度偏差isμC(T);
步骤2:令μA(H)中每个模糊论域为1,其它为0,并依次变换7种情况;
步骤3:令μB(Q)中每个模糊论域为1,其它为0,并依次变换7种情况;
步骤4:将μA(H)、μB(Q)各7种情况代入每个交点的推理语句中,得到49个交点的模糊论域,如下表所示:
Figure FDA0002755600020000061
7.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:所述利用推理公式推理出当前时间段冷冻水供水温度与标准供水温度之间的实际偏差值μC'(T),具体步骤如下:
步骤1:将μA'(H)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空气焓值的隶属度写入模糊推理规则表中列向量,将μB'(Q)为在各模糊论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下实际的空调负荷的隶属度写入模糊推理规则表中行向量;
步骤2:每个交点冷冻水供水温度偏差的隶属度按μA→B(x,y)=μA(x)∧μB(y)计算,即两个隶属度取小;
步骤3:将每个交点的隶属度与模糊推理规则表中的模糊论域相对应;
步骤4:冷冻水供水温度偏差的隶属度在同一模糊论域中取大,再合并其它模糊论域值,没有隶属度的取0,组成μC'(T)在7个模糊论域中的向量值。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:所述反模糊化公式如下:
Figure FDA0002755600020000071
其中:ΔT为冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值,单位为℃,ΔTi为冷冻水温度与标准供水温度间偏差在论域i,i=[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB]下的模糊化论域中心,分别取为[-3,-2,-1,0,1,2,3],单位为℃。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊推理的中央空调冷冻水供水温度设定方法,其特征在于:所述修正方式如下:
Tsend=Tj+ΔT
其中:Tsend为当前时刻的实际冷冻水供水温度值,单位为℃,Tj为当前时间段j的冷冻水供水温度标准值,单位为℃,ΔT为根据模糊推理得到的冷冻水供水温度与标准供水温度之间的偏差值,单位为℃。
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