CN115686095A - 一种智能楼宇节能综合控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能楼宇节能综合控制方法，涉及智能楼宇技术领域，包括：采集当前时刻的智能楼宇计算参数；根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；根据楼宇内总能耗计算智能楼宇舒适度函数；根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制。本发明还公开一种智能楼宇节能综合控制装置。本发明通过构造目标函数同时兼顾智能楼宇系统中的运行能耗、舒适度、照明和控制能耗，对智能楼宇室内舒适度计算模型、空调系统控制能耗计算模型的设计与构建，实现对智能楼宇空调系统的节能综合优化。

Description

一种智能楼宇节能综合控制方法和装置

技术领域

本发明涉及智能楼宇技术领域，具体涉及一种智能楼宇节能综合控制方法和装置。

背景技术

目前，随着我国“双碳”目标的提出，对于智能楼宇节能降耗的需求更加迫切，因此亟需开展智能楼宇空调系统节能控制研究。本专利通过递进式算法优化，在初始目标函数优化过程中，首先对空调系统进行分析，充分兼顾智能楼宇系统中的运行能耗、室内舒适度和空气品质各类因素，建立了对应的计算模型，并通过不同的权重因子对各类因素的占比实现灵活调控；接下来，进一步考虑了智能楼宇光伏系统中的控制能耗，建立了对应的计算模型，从而实现对智能楼宇整体功耗的节能综合优化。

传统的能耗系统控制策略简单粗放，包括以下三种：

(1)采用人为手动控制：

通过在室内安装空调等系统的控制终端，室内人员根据自身冷热感觉和需求通过控制终端对空调系统进行手动控制，控制内容包括：空调系统的开启、关闭、温度调节、湿度调节、运行模式调节等。

(2)采用计划温度控制：

通过天气预报等气象数据以及不同季节、不同时间段人体对环境温度的适应度等参数对各季度、各月份甚至各时段的空调等设备温度提前进行计划，并严格按照提前制定的计划温度对空调系统进行调控。

(3)采用线性温度控制：

通过实时监测得到室内温度值，将室内温度值通过简单的线性变换获得空调的控制温度，通常用如下公式表示：

T_c＝mT_i+n；

其中，T_i为室内监测温度，T_c为空调控制温度，m、n均为线性系数。

上述传统的能航系统控制策略存在以下问题，具体为：

人为手动控制的缺点：非智能化，需要人为手动控制，无法实时动态调控，且无法达到智能节能效果。计划温度控制的缺点：计划温度控制灵活性差，难以针对细节性温度差异做出及时反馈。线性温度控制的缺点：温度控制方式单一，难以达到智能节能效果；仅采用人为手动控制，或采用计划温度控制，或采用线性温度控制等方法，导致室内温度难以达到人体舒适程度且造成了大量的能耗浪费。而且现有的部分针对空调节能运行的空调控制方法是基于单一的节能目标进行优化控制，难以综合兼顾智能楼宇内的整体运行能耗、人体舒适度和室内空气质量等因素，导致智能楼宇的空调系统节能控制兼顾面不够，人体感受度较差。同时未能充分利用新能源的形式进行能量的互补，导致节能力度不够。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供一种智能楼宇节能综合控制方法和装置，在兼顾智能楼宇内的空调系统运行能耗、人体舒适度和室内空气质量等因素的同时，充分考虑整体系统的控制能耗问题，提高智能楼宇的空调系统节能控制效率与控制效果。

本发明提出的技术方案为：

一种智能楼宇节能综合控制方法，包括：

采集当前时刻的智能楼宇计算参数；

根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；

根据楼宇内总能耗计算智能楼宇舒适度函数；

根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；

根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制。

作为本发明的进一步技术方案为，所述采集当前时刻的智能楼宇计算参数，具体包括：

所述智能楼宇计算参数包括：楼宇监测参数和楼宇系统控制参数；

所述楼宇监测参数包括：楼宇内温度、楼宇内照明强度、楼宇内空气质量和空调电流；

所述楼宇系统控制参数包括：系统出风温度，供电电流和出风量。

作为本发明的进一步技术方案为，所述根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；具体包括：整体楼宇系统能耗模型包括空调能耗模型和楼宇照明能耗模型；其中空调能耗模型为：

楼宇照明能耗模型为：

其中，c₁表示楼宇内温度，c₄表示空调电流，s₁表示系统出风温度，s₂表示供电电流，s₃表示出风量，b₁、b₂、b₃属于针对楼宇的固定系数，通过建模实验所得；Air_c是空调的冷热能效参数；

楼宇内总能耗表示为：

作为本发明的进一步技术方案为，所述智能楼宇计算参数获取智能楼宇舒适度函数；具体包括：根据智能楼宇工作时的照明亮度和室内温度，获取智能楼宇舒适度函数：

Y(C，S)＝r₁·(c₁-T_d)²+r₂·(c₂-Z_d)²-r₃·(s₁-F_d)²；

其中，c₁表示楼宇内温度，c₂表示楼宇内照明强度，s₁表示系统出风温度，r₁、r₂、r₃是常数，通过楼宇内建模实验得到；T_d、Z_d、F_d分别为温度、照明、出风的目标值。

作为本发明的进一步技术方案为，所述根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；具体为：

空调节能的优化包括整体楼宇系统能耗和楼宇系统控制参数，其方程式如下：

；

其中，l₁、l₂分别为第一优化目标函数中空调系统运行能耗、室内舒适度和室内空气质量的权重参数；

根据s₁、s₂、s₃的最大值与最小值，利用人工智能算法，求解为：

作为本发明的进一步技术方案为，所述人工智能算法为遗传算法、聚类算法、蚂蚁算法中的一种。

作为本发明的进一步技术方案为，所述根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制，具体包括：

；

其中，K₁、K₂、K₃为智能楼宇节能系统中的权重参数；i为O₁、O₂、O₃中的取值。

通过i从O_i中取值，计算P，选取最小值作为当前的控制参数，并运行在边缘智能网关上对智能楼宇的节能系统进行优化控制。

本发明还提出一种智能楼宇节能综合控制装置，包括：

参数采集单元，用于采集当前时刻的智能楼宇计算参数；

楼宇内总能耗计算单元，用于根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；

楼宇舒适度计算单元，用于根据楼宇内总能耗计算智能楼宇舒适度函数；

节能优化计算单元，用于根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；

优化控制单元，用于根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制。

本发明的有益效果为：

本发明通过构造目标函数同时兼顾智能楼宇系统中的运行能耗、舒适度、照明和控制能耗，对智能楼宇室内舒适度计算模型、空调系统控制能耗计算模型的设计与构建，充分考虑了模型中各变量对模型的影响程度，同时降低了模型的复杂度，从而使得节能综合控制计算更加高效，实现对智能楼宇空调系统的节能综合优化。

附图说明

图1为本发明提出的一种智能楼宇节能综合控制方法流程图；

图2为本发明提出的一种智能楼宇节能综合控制装置结构图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1所示，其示出了本发明的具体实施方式，

一种智能楼宇节能综合控制方法，包括：

步骤101，采集当前时刻的智能楼宇计算参数；

步骤102，根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；

步骤103，根据楼宇内总能耗计算智能楼宇舒适度函数；

步骤104，根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；

步骤105，根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制。

本发明通过构造目标函数同时兼顾智能楼宇系统中的运行能耗、舒适度、照明和控制能耗，对智能楼宇室内舒适度计算模型、空调系统控制能耗计算模型的设计与构建，充分考虑了模型中各变量对模型的影响程度，同时降低了模型的复杂度，从而使得节能综合控制计算更加高效，实现对智能楼宇空调系统的节能综合优化。

本发明实施例中，采集当前时刻的智能楼宇计算参数，其中智能楼宇计算参数包括：楼宇监测参数和楼宇系统控制参数；楼宇监测参数包括：楼宇内温度、楼宇内照明强度、楼宇内空气质量和空调电流；楼宇系统控制参数包括：系统出风温度，供电电流和出风量。

本发明实施例中，根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；具体包括：整体楼宇系统能耗模型包括空调能耗模型和楼宇照明能耗模型；其中空调能耗模型为：

楼宇照明能耗模型为：

其中，b₁、b₂、b₃属于针对楼宇的固定系数，通过建模实验所得；Air_c是空调的冷热能效参数；

楼宇内总能耗表示为：

本发明实施例中，智能楼宇计算参数获取智能楼宇舒适度函数；具体包括：根据智能楼宇工作时的照明亮度和室内温度，获取智能楼宇舒适度函数：

Y(c，S)＝r₁·(c₁-T_d)²+r₂·(c₂-Z_d)²-r₃·(s₁-F_d)²；

其中，r₁、r₂、r₃是常数，通过楼宇内建模实验得到；T_d、Z_d、F_d分别为温度、照明、出风的目标值。

本发明实施例中，根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；具体为：空调节能的优化涉及整体楼宇系统能耗和楼宇系统控制参数，其方程式如下：

；

其中，l₁、l₂分别为第一优化目标函数中空调系统运行能耗、室内舒适度和室内空气质量的权重参数；

根据s₁、s₂、s₃的最大值与最小值，利用人工智能算法，求解为：

其中，人工智能算法可采用遗传算法、聚类算法、蚂蚁算法。

本发明实施例中，根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制，具体包括：

；

其中，K₁、K₂、K₃为智能楼宇节能系统中的权重参数；i为O₁、O₂、O₃中的取值。

通过i从O_i中取值，计算P，选取最小值作为当前的控制参数，并运行在边缘智能网关上对智能楼宇的节能系统进行优化控制。

本发明通过构造目标函数同时兼顾智能楼宇系统中的运行能耗、舒适度、照明和控制能耗，从而实现对智能楼宇空调系统的节能综合优化，本发明对智能楼宇室内舒适度计算模型、空调系统控制能耗计算模型的设计与构建，充分考虑了模型中各变量对模型的影响程度，同时降低了模型的复杂度，从而使得节能综合控制计算更加高效。

参见图2，本发明还提出一种智能楼宇节能综合控制装置，包括：

参数采集单元201，用于采集当前时刻的智能楼宇计算参数；

楼宇内总能耗计算单元202，用于根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；

楼宇舒适度计算单元203，用于根据楼宇内总能耗计算智能楼宇舒适度函数；

节能优化计算单元204，用于根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；

优化控制单元205，用于根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制。

以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (8)

1.一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，包括：

采集当前时刻的智能楼宇计算参数；

根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；

根据楼宇内总能耗计算智能楼宇舒适度函数；

根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；

根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制。

2.根据权利要求1所述的一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，所述采集当前时刻的智能楼宇计算参数，具体包括：

所述智能楼宇计算参数包括：楼宇监测参数和楼宇系统控制参数；

所述楼宇监测参数包括：楼宇内温度、楼宇内照明强度、楼宇内空气质量和空调电流；

所述楼宇系统控制参数包括：系统出风温度，供电电流和出风量。

3.根据权利要求1所述的一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，所述根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；具体包括：整体楼宇系统能耗模型包括空调能耗模型和楼宇照明能耗模型；其中空调能耗模型为：

楼宇照明能耗模型为：

其中，c₁表示楼宇内温度，c₄表示空调电流，s₁表示系统出风温度，s₂表示供电电流，s₃表示出风量，b₁、b₂、b₃属于针对楼宇的固定系数，通过建模实验所得；Air_c是空调的冷热能效参数；

楼宇内总能耗表示为：

4.根据权利要求1所述的一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，所述智能楼宇计算参数获取智能楼宇舒适度函数；具体包括：根据智能楼宇工作时的照明亮度和室内温度，获取智能楼宇舒适度函数：

Y(C，S)＝r₁·(c₁-T_d)²+r₂·(c₂-Z_d)²-r₃·(s₁-F_d)²；

其中，c₁表示楼宇内温度，c₂表示楼宇内照明强度，s₁表示系统出风温度，r₁、r₂、r₃是常数，通过楼宇内建模实验得到；T_d、Z_d、F_d分别为温度、照明、出风的目标值。

5.根据权利要求1所述的一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，所述根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；具体为：

空调节能的优化包括整体楼宇系统能耗和楼宇系统控制参数，其方程式如下：

；

其中，l₁、l₂分别为第一优化目标函数中空调系统运行能耗、室内舒适度和室内空气质量的权重参数；

根据s₁、s₂、s₃的最大值与最小值，利用人工智能算法，求解为：

6.根据权利要求5所述的一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，所述人工智能算法为遗传算法、聚类算法、蚂蚁算法中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，所述根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制，具体包括：

；

其中，K₁、K₂、K₃为智能楼宇节能系统中的权重参数；i为o₁、o₂、o₃中的取值。

通过i从O_i中取值，计算P，选取最小值作为当前的控制参数，并运行在边缘智能网关上对智能楼宇的节能系统进行优化控制。

8.一种智能楼宇节能综合控制装置，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一所述的一种智能楼宇节能综合控制方法，其特征在于，包括：

参数采集单元，用于采集当前时刻的智能楼宇计算参数；

楼宇内总能耗计算单元，用于根据智能楼宇计算参数与整体楼宇系统能耗模型计算楼宇内总能耗；

楼宇舒适度计算单元，用于根据楼宇内总能耗计算智能楼宇舒适度函数；

节能优化计算单元，用于根据楼宇系统控制参数和楼宇系统运行能耗确定节能优化函数；

优化控制单元，用于根据节能优化函数计算该时刻的优化控制参数进行优化控制。

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