暖通空调系统（HVAC）的精准节能控制策略研究

发布时间：2017-05-01 11:05

  本文关键词：暖通空调系统（HVAC）的精准节能控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在社会和科技快速发展的今天,人们对自己生活质量的要求有了进一步的提高。暖通空调与建筑物的结合可以为人们提供更加舒适的生活环境和办公环境。但是,暖通空调所带来的能耗问题也是不容忽视和回避的,特别是在资源较匮乏的今天,其使用的能源主要以电能为主的不可再生的、品质优良的能源。因此,研究暖通空调的节能控制具有非常重要的现实意义。在暖通空调的节能控制中,非常重要的一个环节就是室温的检测。本文采用无线传感网络实现对室温的检测。之所以选择无线传感网络是由于无线传感网络在部署过程中不需要改变现有的有线线路,其具有低成本、易部署等优势,在室内温度监测方面有着良好的应用前景,也得到了诸多学者的青睐。在无线传感网络中,功耗和系统延迟是两个重要的考虑因素。在本文前两章中,我们设计了一套完整的基于无线传感网络的室内温度监测系统,这包括网络节点的设计、网络拓扑结构、计算机终端软件等。与现有的室内温度监测系统不同,我们使用了所测得的温度值作为系统参数的一部分,通过动态调整源节点和目的节点的唤醒周期,使得系统在环境温度异常时,有较小的延迟从而保证能够及时发出报警信息：而在环境温度正常时,有着良好的省电功效。源节点周期性地唤醒并感知环境温度,发送数据包通过由若干中继节点组成的、基于任播的多跳网络传至目的节点,目的节点将温度信息通过串口传至计算机,用于展示实时温度,发出警报信息等。通过基于TinyOS系统的TelosB平台,我们搭建起了所设计的平台,从理论和实际两方面分析了所设计系统的系统延迟性能,通过实验对耗电等其他相关性能进行了分析。分析表明,系统达到预期目标,相对于现有系统具有更好的性能。此外,随着智能电网的发展建设推进,研究在智能电网下室内的加热,通风,空调系统(HVAC)的节能和温度控制同样具有非常重要的现实和长远意义。智能电网是一种新一代的电网设备,在北美地区兴起并且发展很迅速的一种技术。相比于现在的电网的高成本,高消耗,智能电网能够更加有效地汇总各种收集到的信息,利用个各种能源,包括太阳能,风能等可再生能源,并且提供了动态改变电价的新机制。本文在第三章中设计了一种对室内的加热,通风,空调系统(HVAC)的最优的控制策略。这种策略可以应用到比如数据中心,居民房间,工厂等这样可能有很多产生热量的电器的地方。智能电网中的随着时间动态改变的电价为我们减少电费和节省能源提供了一个充分的条件。其中所构建的问题是保持室内的温度在我们所设定的范围内,同时能够最小化用电的费用。这其中主要用到的数学方法是Lyapunov优化,对于温度超过预先设定值的情况我们引入了惩罚函数。算法本身不需要知道未来的一个房间内的电器产热功率和电费的变化情况,这是该算法的一大优势。最后,在Matlab环境下进行了仿真,证明了我们的方法在控制温度和减少电费上的有效性。
【关键词】：节能控制 无线传感网络 温度监测 HVAC系统 惩罚函数
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TP274
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.1.1 建筑节能的背景15
• 1.1.2 电力需求背景15-16
• 1.1.3 研究意义16
• 1.2 研究综述16-18
• 1.2.1 基于无线传感网络的室温检测的研究现状17-18
• 1.2.2 智能电网下HVAC系统节能和室温控制研究现状18
• 1.3 本文的主要研究内容18-21
• 第二章 基于无线传感网络的室温检测系统设计与分析21-39
• 2.1 系统模型21-23
• 2.1.1 软件平台21-22
• 2.1.2 硬件平台22-23
• 2.2 网络拓朴结构以及网络协议23-29
• 2.2.1 网络的节点组成23-24
• 2.2.2 网络的初始化分层24-26
• 2.2.3 网络协议26-29
• 2.3 节点周期唤醒策略29-31
• 2.3.1 低功耗侦听30
• 2.3.2 温控唤醒周期30-31
• 2.4 源节点至目的节点延迟的理论分析31-33
• 2.5 系统仿真33-38
• 2.5.1 客户端温度获取与报警系统33-35
• 2.5.2 温度数据记录35
• 2.5.3 不同温度与延迟的关系35-37
• 2.5.4 节点的唤醒时间37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 HVAC系统描述与性能分析39-57
• 3.1 基础知识39-42
• 3.1.1 电器功率39-40
• 3.1.2 HVAC系统功率40
• 3.1.3 房间的导热模型40-41
• 3.1.4 HVAC系统热量变化模型41-42
• 3.2 问题构建42-43
• 3.3 Lyapunov优化43-46
• 3.3.1 Lyapunov函数和Lyapunov漂移44
• 3.3.2 Lyapunov漂移界限44-46
• 3.4 动态控制算法46-48
• 3.4.1 简化控制策略46
• 3.4.2 严格温度限制的控制策略46-47
• 3.4.3 放宽温度限制的控制策略47-48
• 3.5 性能分析48-50
• 3.6 系统仿真分析50-56
• 3.6.1 实验过程和数据52-55
• 3.6.2 仿真结果分析55-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第四章 结论和展望57-59
• 4.1 研究结论57-58
• 4.2 研究展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-65
• 作者简介65

【参考文献】

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1 胡俊辉;;暖通空调系统节能与节支优化策略研究[J];中华民居(下旬刊);2014年02期

  本文关键词：暖通空调系统（HVAC）的精准节能控制策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：338779