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贺!千亿国际再获国家科技进步奖二等奖

发布日期:2023-11-29  来源:千亿国际

  第1章引言的分析,控制对节能有着重要的意义。为此,结合东方艺术中心设备改造工程,本文针对建筑设备的节能控制问题进行了研究。1.2课题的研究目的及意义在目前能源短缺的情况下,自动控制系统必须重视控制中的能耗减少【31。建筑设备自动控制系统亦是如此。本课题试图通过对上海东方艺术中心建筑设备节能控制工程的研究,为该类公共建筑提供较优的能源供应方案和控制策略,优化提高管理水平达到节约能源和人工成本,实现物业管理的自动化。1.3课题的研究现状1.3.1能源管理系统与节能控制现阶段智能建筑的能源管理依然停留在采集能耗数据及其历史数据对比的初级水平,未能采取切实有效的措施达到系统地节能与降低能源费用的应用目标【6】。为此,基于智能建筑采用了建筑设备监控系统,通过建立智能建筑能源管理系统平台,优化对智能建筑能耗的监控管理,达到降低能源费用与提高智能建筑应用效益有着重要意义。能源管理系统的一个显著的优点就是它可以通过数据分析与控制策略设计,找到各个设备的理想能耗状态,合理确定设备运行状态设定值,自动调整设备的运行方式,控制设备的启停时间,达到有效减低建筑物系统的能耗的目的【71。这在我国当今能源紧缺的背景下显得尤为重要。第1章引言图1.1建筑能源管理平台网络架构图图1.1所示为智能建筑综合能源监控管理与目标优化解决方案的整体网络架构。EM包括安全模块、数据呈现模块、事务处理模块、数据连接与转换模块,数据库以及包括专家系统、能量分析及能源控制策略的应用模块。利用集成化的能源控制管理平台,通过简单的Web浏览器实现有效的能源分析,并通过超限报警设置,即时确认能源异常使用状况及其修正措施,最大限度地确保能源的有效使用。1.3.2建筑设备监控系统与节能控制建筑设备监控系统(BAS,BuildingAutomationSystem)又称为建筑设备自第l章引言动化系统,简称BA系统。它是在综合运用自动控{嘲、计算机、通信、传感器等技术的基础上,实现建筑物设备和实旌的有效控制与管理,保证建筑设施的节能、高效、可靠、安全运行,满足广大使用者的需求ll。BA系统一般具有三个层次{I,如图1.2所示。最下层是现场控制器(DDC.DirectDigitalController)。每台现场控制器监控一台或数台设备,对设备或对象的参数实行自动检测、自动保护、自动故障报警和自动调节控制。它通过传感器检测得到的信号,根据内部已写入的控制程序进行直接数字控制。中间层为系统监督控制器,负责对某一类设备于系统的监督控制,管理该子系统内的所有现场控制器。它接受系统内各现场控制器传送的信息.按照事先设定的程序或管理人员的指令对各设备的控制管理,并将子系统的信息上传到中央管理级计算机。最上层为中央管理系统,是整个BA系统的核心,对整个BA系统实旖组织、协调、监督、管理、控制的任务。。虫一盅。凰..Q一盅。凰。图12三层网络结构的BA系统BA系统在建筑中起着非常重要的作用,除满足对各种建筑设备进行分散控制与集中管理外,更重要的作用应该是有效地利用先进的控制技术和系统集成的优势节约能源,使系统产生更大的效益Ilq。在传统建筑中,均没有设置建筑设各监控系统,楼’}内普遍存在着这样一个现象:一些办公室内由于人为的因素,温度设定过低,使得空调系统在不停地超负荷运转,哪怕办公室内没有一个人;而一到晚上,物管人员面对一些办公室内的“长明灯”只能望灯兴叹;公共场所的照明只能齐亮齐灭【l。所有这些均在造成大量的能源浪费。而现代的智能建筑中一般都采用BA系统对各种建筑设备进行监视控制,这为建筑设备的节能控制提供了很好的平台。第1章引言1.3.3控制算法与节能控制节能控制是从系统的角度,考虑到设备的协调工作以及相互之间的约束关系,从而达到节能的效果。控制算法的选择和优化,对建筑的设备的节能控制起着基础性的作用。合理优化的控制可以保证系统设备运行在最佳状态,为节能提供必要的保障。优化控制的实现至少可以实现15%"-'20%的节能效果【16】。在控制算法方面,照明系统、给排水系统和电梯系统等建筑设备,一般的时序逻辑控制即可满足要求。但对于空调机组,冷水机组和VAV(VariableAirVolume)空调系统等建筑设备,则需要PID控制的以及更高一级的控制算法(如模糊控制)。下面简要分析一下PID控制与模糊控制。1)PID控制。在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例(P)、积分(I)、微分(D)计算出控制量进行控制的。比例(P)控制可以加快系统的响应速度,减小系统稳态误差,提高控制精度;积分(I)控制可以从根本上消除系统的稳态误差;微分(D)控制可以使系统超调量减少,增加稳定性。在工业生产过程自动控制领域获得了广泛地应用,具有较好的控制效果。然而,PID控制一般都要求系统的参数固定、非线性小并可以建立精确的数学模型。对无法建立精确数学模型的非线性系统来说,PID的控制效果很不理想。2)模糊控制。模糊控制是基于丰富操作经验总结出来的、用于自然语言表述控制策略或通过大量实际操作数据归纳总结出的控制规则,用计算机予以实现的自动控制。它与传统控制的最大不同在于不需要知道控制对象的数学模型,这对于传统PID控制无法实现自动化的复杂系统进行自动控制非常有利。通过操作经验设计的模糊规则,可以对复杂被控对象进行有效的控制,经过实际调试后其鲁棒性和适应性都很容易达到要求。在目前应用的中央空调系统中,控制方式基本上采用多回路的PID控制。但因中央空调是一个干扰大、高度非线性的复杂系统,而且各个单回路之间的耦合强烈,所以PID控制往往在动态特性上满足不了性能要求,通常只是针对单个参数或工况设备的控制,这就造成空调系统运行过程中节能效果不佳【16】。需要采用新的控制技术和方法,通过引入模糊控制技术实现空调系统的节能控制可以较好地解决这个问题。第1章引言然而,没有一种单一的控制是完美的。虽然模糊控制具有能适应被控对象非线性和时变性的优点,而且鲁棒性较好。但是它的稳态控制精度较差,控制欠细腻,难以达到较高的控制精度,尤其是在平衡点附近。同时,它也缺少积分控制作用,不宜消除系统的静态误差。为了弥补这些缺陷,本文在建筑设备(二次回风空调机组)的控制算法中,把模糊控制跟PID控制相结合,充分发挥它们各自的优点以使控制效果更加完美,从而满足空调节能的需求。1.4本论文的研究内容本论文的研究主要内容是上海东方艺术中心的建筑设备的节能控制。首先,本课题结合上海东方艺术中心智能化系统改造工程,详细介绍BA系统(EBI系统),该系统是将大楼内的建筑设备管理与控制子系统(暖通空调系统、冷热源系统、给排水系统、供配电系统和照明系统等)进行分散控制、集中监视管理,实现一体化控制、监测和管理。监控系统为建筑节能提供了很多手段。课题研究的重点放在建筑设备(二次回风空调机组)的控制策略上。结合东方艺术中心大空间建筑的实际情况,在明确工程环境、控制原理与控制工 艺的基础上,运用模糊控制的方法控N-次回风阀与冷水阀。最后用MATLAB 验证了模糊控制的良好控制效果,并提出通过OPC技术实现BA系统软件和 MATLAB两者之间的数据交换,为模糊控制的实现提供了可行的途径。 具体章节排如下:第1章引言;第2章建筑设备监控平台;第3章模糊 控制技术;第4章二次回风空调机组模糊控制技术的研究;第5章二次回风 空调机组模糊控制的MALAB实现;第6章结论与展望。 第2章建筑设备监控平台第2章建筑设备监控平台 2.1建筑设备监控平台概述 目前,建筑能源消耗已成为普遍关注的问题。如何通过建筑设备监控平台 (BA系统)合理监视并控制空调等建筑设备,从而有效节约能源,已成为业主、 设计院、系统集成商以及BA系统厂商面临的重要课题【2l】【23】。 节能是全面的。如果在建筑与设备方面的节能设计不完善,节能控制也做 不好【221。因此,针对建筑自身的特点和功能,建设一个完善的建筑设备监控平 台有着重要的意义。由此,通过东方艺术中心的建筑设备监控平台建设,将各 个系统的监视与控制相结合,搭建便于日常管理以及节能控制的界面。 本课题是以上海市东方艺术中心改造为工程背景。采用美国Honeywell公司 的建筑设备监控系统EBI(EnterpriseBuildingsIntegrator)为操作平台,对整个 建筑物统一进行监控。通过这套系统,空调系统可与票务系统共享信息,及时 获得演出时间表和售票情况,以计算上座率和空调机组开启时间。通过EBI对 现场设备进行实时控制。 2.1.1工程项目简介 东方艺术中心建于浦东新区世纪大道东北侧、杨高路与丁香路问,用地面 积23161平方米,总建筑面积38900平方米,如图2.1所示。主要有1400座交 响乐大厅,中剧场及小演奏厅三个主要部分。在交响乐大厅配备目前国内独一 无二的管JxL琴及斯坦威钢琴等高级乐器,音乐厅内景见图2.2。东方艺术中心 是浦东新区的一座标志性建筑。该建筑不仅代表浦东,而且是上海向世界展示 中国文明建设的窗口,具有相当高的政治地位。 第2章建筑设备监控平台图2.1东艺鸟瞰图 圈2.2交响乐厅内景 21 2建筑设备监控系统(BA系统)的总体目标与要求 东方艺术中心的建筑设备监控系统(BA系统)是将大楼内建筑设备管理与 控制子系统(暖通空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统) 进行分散控制、集中监视、管理,实现一体化控制、监剃4和管理,从而给东方 艺术中心的演出、办公及管理提供一个舒适安全的生活和工作环境。通过优化 管理水平从而达到节约能源和人工成本,并实现物业管理的自动化。 BA系统的总体要求包括以下三个方面: 1)保证建筑物内环境的舒适性。通过对冷热源与空调系统的最佳控制,温 湿度的自动调节,新风比例控制以及给排水、照明等合理设计,保证东方艺术 中心环境的舒适性,从而为演员、观众及工作人员提供最佳环境。 2)确保建筑物与内部人员的整体安全水平。通过对楼内机电设备监视,提 高建筑物及内部人员的整体安全水平和灾害防御能力。提供保证生命财产和建 筑物安全的措施。 3)确保设备节能。通过该系统提供虽佳的能源供应方案,实现合理的能源 管理,以便节省能源。暖通空调、冷热源以及照明耗能最多,采取优化设计确 保节能,从而降低运行费用。 2.2建筑设备监控系统——美国Honeywell公司的EBI系统 2.21 EBI系统综述 第2章建筑设备监控平台 Honeywell公司推出的EBI系统是一套应用于楼宇集成管理的组件。EBI的 模块化设计方案不论大型楼宇系统还是小型用户都能提供对其系统的彻底控 制。EBI的开放性使其具有提供对各种现有系统及过程的强大组合集成能力。 EBI是为一个或多个建筑物提供信息存取和控制的平台。它主要有以下分系 统组成,这些分系统即可独立,也可根据客户要求集成在一起。 1)建筑自动控制系统(Building AutomaticControl System)。它的主要目的是 HAVC和建筑物机电设备的控制,它可以集成HoneywellExcel5000系统与 HoneywellR7044系统,提供开放接口(LonWorks接口,OPC接口,BACnet接 2)门禁和安保报警系统。它主要可以提供门禁控制和安保报警系统管理,DeadmanTimer和刷卡巡更系统。 3)消防管理系统。EBI可以监控消防报警系统,提供HoneywellFS90Plus 接口与XLSl000/X1S200接口。 4)资产定位系统(AssetLocator)。用来追踪建筑物内的昂贵的设备。 5)视频监视系统。EBI提供数字化视频管理系统。其中包括在网络上大量 的摄像机管理,包括传统的CCTV系统和数字DVM系统 6)能源管理系统。能源管理的目的是优化能源的使用。能源管理系统监视 能量表的数据,提供预期的信息和负荷的预报,最终可以优化使用设备,达到 减少能源消耗。 EBI应用的广泛性在于极高的系统性能、模块化的监控方式及基于网络系统


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