基于MPC的寒地办公空间过渡季自然通风控制策略研究

发布时间：2020-11-16 11:30

　　 随着建筑设计的发展,低能耗、高舒适度成为了建筑设计发展的方向之一。目前建筑能耗仍然十分庞大,其中又以公共建筑能耗为主。公共建筑的机械通风和空调系统带来巨大能耗的同时,在舒适度调节上的表现也不足以让所有人满意。目前,国内的学者在研究如何降低严寒地区的办公空间能耗的问题时,大多数人选择的研究方法都是从研究冬季如何进行保温和防寒来入手,对于其它季节的节能研究相对较为匮乏。而对于严寒地区来说,过渡季节和夏季有着较为丰富的自然通风资源。相比于夏热冬冷和夏热冬暖地区(如广州、北京、上海等地),严寒地区的过渡季节室外空气温湿度较为温和,自然通风所带来的节能收益更为可观。现有研究表明,自然通风是有效改善室内热舒适的手段。基于以上现状,本文提出在过渡季引入自然通风来解决高能耗、低舒适度的问题,建立一个基于LSTM算法的神经网络预测模型,提出一套模型预测控制策略,来进行有效的自然通风,并改善室内的热环境,提高热舒适度。本文提出了了一个基于LSTM算法的室内温度预测模型的建立方法。以当前和历史时刻的室内外温度和室内湿度序列作为输入,预测下一时刻的室内温度变化。随后在位于哈尔滨市双城区的黑龙江省工商学院2号教学楼进行为期一个月的实地测量,并使用测量数据建立室温温度预测模型。通过与真实值的对比,证明其预测结果较为准确,拟合度达到了98.7%。本文基于上述的室内温度预测模型,提出了一个用于严寒地区办公建筑的自然通风预测控制策略。并通过典型性研究,搭建了一个典型办公单元场地,在该场地内对上述自然通风预测控制策略进行验证。结果表明,相比于固定点温度控制法,自然通风预测控制下的房间室内温度波动幅度更小,处在舒适范围内的时间更长,房间室内热舒适性更好。通过建立室内温度预测模型,应用自然通风预测控制策略,提高了严寒地区办公建筑过渡季的室内热舒适性,降低了空调系统所带来的能耗。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU834.1
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- 21-图2-1 中国建筑气候区划图图2-2 哈尔滨市风资源分布以哈尔滨作为典型严寒地区城市的代表，选取 2018 年哈尔滨的气候数据作为研究对象，研究过渡季的温度特征。哈尔滨属于严寒地区 A 区，每年 10 月 20 日至次年的 4 月 20 日为采暖期，全年采暖期近 6 个月，过渡季节时间短且温度变化显著，是典型的严寒城市。孙慧萱等人[15]曾以 5 月作为哈尔滨过渡季节典型代表，进行严寒地区过渡季办公建筑热舒适的实测研究；冷红[75]等人在研究寒地城市公共空间过渡季节气候舒适性时

- 21-图2-1 中国建筑气候区划图图2-2 哈尔滨市风资源分布以哈尔滨作为典型严寒地区城市的代表，选取 2018 年哈尔滨的气候数据作为研究对象，研究过渡季的温度特征。哈尔滨属于严寒地区 A 区，每年 10 月 20 日至次年的 4 月 20 日为采暖期，全年采暖期近 6 个月，过渡季节时间短且温度变化显著，是典型的严寒城市。孙慧萱等人[15]曾以 5 月作为哈尔滨过渡季节典型代表，进行严寒地区过渡季办公建筑热舒适的实测研究；冷红[75]等人在研究寒地城市公共空间过渡季节气候舒适性时

高差和温度差的影响，因此可以通过加强进风口和排风口高差，或者加强室内外温差的方法来加强热压通风。图2-7 自然通风原理对于严寒地区的过渡季节来说，室外风资源丰富，有利于风压通风的形成；而较厚的墙体保温使得过渡季节能够有足够的室内外温差，在无风的时候也能形成热压通风保证换气效率。同时哈尔滨风能资源十分丰富，过渡季可利用自然通风作为自然冷源，减少空调冷负荷。此外哈尔滨过渡季节室外空气温的湿度较为温和宜人，大部分时间里都适宜进行自然通风。上一章节已经分析过寒地过渡季的温度特征，对于过渡季节来说，室外温度过高或湿度过高都不利于自然通风。自然通风通常是作为自然冷源起到降温的作用，而温度过高不利于室内降温冷却；《公共建筑节能设计标准 GB50189-2015》中规定室内空调设定温度为 26℃；孙惠萱等人通过实验测得严寒地区过渡季人体中性温度 25.675℃。因此室外温度超过 26℃时
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本文编号：2886146