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高层建筑中央空调系统稳健优化控制及诊断技术

作者：高殿策//孙勇军

出版社：科学出版社出版时间：2022-04-01

开本： 16开 页数： 177

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版权信息
本书特色
内容简介
目录
节选
作者简介

高层建筑中央空调系统稳健优化控制及诊断技术版权信息

ISBN：9787030719553
条形码：9787030719553 ; 978-7-03-071955-3
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
建筑
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高层建筑中央空调系统稳健优化控制及诊断技术本书特色

这是一本适合相关学科使用的专业书籍，能够为该领域学者及学子带来借鉴和新的思考。

高层建筑中央空调系统稳健优化控制及诊断技术内容简介

本书旨在开发中央空调系统故障诊断方法与稳健控制策略，用于避免并消除冷冻水系统“小温差综合征”和“盈亏管逆流”问题，从而提升中央空调系统的综合能效。故障诊断方法主要用于确定相关问题发生的确切原因并定量评估其对系统能耗的影响。稳健控制策略主要是增强冷冻水系统在线控制的抗干扰能力，并将避免“小温差综合征”和“盈亏管逆流”问题纳入策略的考虑。本书从运行控制的角度深入研究“小温差综合征”和“盈亏管逆流”问题的发生机理和影响机制，并有针对性地开发改进控制策略及配套解决方案，在实际运行中对发现的问题进行故障诊断以确认具体原因，并提供有针对性的优化控制策略。本书可供建筑环境与能源应用、暖通空调、楼宇自控等相关领域的研究人员和建筑能源系统运维管理人员，以及高年级本科生和研究生参考使用。

高层建筑中央空调系统稳健优化控制及诊断技术目录

目录
前言
**章绪论 1
1.1 建筑节能现状 1
1.1.1 建筑能耗情况 1
1.1.2 建筑节能规范、标准和能效标识 2
1.2 建筑节能基本技术 4
1.3 中央空调系统节能运行面临的问题 8
1.4 研究目标及内容 9
参考文献 10
第二章中央空调系统故障诊断及优化控制研究现状 13
2.1 冷冻水系统小温差综合征 13
2.1.1 小温差综合征概述 13
2.1.2 小温差综合征的产生原因和解决方案 14
2.2 中央空调系统的优化控制和鲁棒控制 20
2.2.1 中央空调系统局部优化控制 20
2.2.2 中央空调系统全局优化控制 21
2.2.3 中央空调系统鲁棒控制 23
2.3 中央空调系统的故障诊断 24
2.4 讨论 27
2.5 本章小结 28
参考文献 28
第三章运行数据驱动的复杂冷冻水系统小温差故障诊断方法 31
3.1 高层建筑中央空调系统及其运行问题 31
3.1.1 高层建筑中央空调系统简介 31
3.1.2　小温差运行问题 33
3.2 控制不当引发的小温差综合征现场诊断方法 34
3.3 故障诊断方法应用案例 36
3.3.1 基于运行数据分析的故障诊断 36
3.3.2 故障诊断的试验验证及能耗影响评估 41
3.4 结果讨论 44
3.5 本章小结 47
参考文献 47
第四章复杂空调水系统小温差故障系统级别精确诊断方法 48
4.1 基于模型的系统级别小温差综合征故障诊断方法 49
4.1.1 小温差故障诊断方法概述 49
4.1.2 表征故障的性能指标及建模 51
4.1.3 性能指标的参考模型 52
4.2 故障诊断测试平台 56
4.3 故障诊断方法的验证和结果讨论 57
4.4 本章小结 66
参考文献 66
第五章基于SVR预测的小温差综合征能耗影响精确评估方法 67
5.1 基于模型的小温差综合征能耗影响精确评估模型 68
5.1.1 冷却盘管基本性能分析 68
5.1.2 小温差综合征能耗影响精确评估方法概述 70
5.1.3 预测模型 73
5.1.4 换热器、水泵数量预测及方法应用流程 78
5.2 评估方法的验证 79
5.2.1 测试仿真平台 79
5.2.2 预测模型验证 80
5.3 应用案例 82
5.3.1 故障引入 82
5.3.2 案例结果分析 82
5.4 本章小结 86
参考文献 87
第六章二级泵冷冻水系统主动容错节能控制策略 88
6.1 二级泵主动容错节能控制策略 88
6.1.1 主动容错节能控制策略概述 88
6.1.2 控制器模型详细介绍 90
6.1.3 具体实施步骤 93
6.2 测试平台 94
6.3 不同应用案例的控制性能及能效评估 95
6.3.1 容错节能控制在无硬故障空调系统中的性能评估 96
6.3.2 容错节能控制在有硬故障空调系统中的性能评估 101
6.4 本章小结 104
参考文献 105
第七章竖向分区冷冻水系统在线自适应优化控制策略 106
7.1 在线自适应优化控制策略 107
7.1.1 在线自适应优化控制策略概述 108
7.1.2 优化控制策略的目标函数及约束条件 109
7.1.3 预测模型 111
7.1.4 局部控制策略 117
7.2 测试平台及在线应用流程 118
7.2.1 测试平台 118
7.2.2 自适应优化控制策略在线应用步骤 119
7.3 自适应优化控制策略的性能测试和评估 120
7.3.1 预测模型及优化控制策略准确度评估 120
7.3.2 优化控制策略的节能性和稳健性评估 123
7.4 本章小结 132
参考文献 133
第八章板式换热器一次侧冷冻水泵稳健增强控制方法及其实际应用 134
8.1 改进的水泵转速稳健增强控制方法 136
8.1.1 传统泵速控制策略及运行问题 136
8.1.2 冷冻水泵改进的稳健增强控制方法 138
8.2 实际应用平台—超高层建筑冷冻水系统 141
8.2.1 冷冻水系统简介 141
8.2.2 测试平台 142
8.2.3 验证方法 144
8.3 试验结果与讨论 144
8.3.1 传统控制策略的运行性能 144
8.3.2 改进控制策略的运行性能 146
8.3.3 结果讨论 153
8.4 本章小结 154
参考文献 154
第九章智能电网环境下建筑群协同需求响应控制策略 156
9.1 建筑群需求响应控制的传统方法和改进方法 158
9.1.1 单体建筑传统需求响应控制 158
9.1.2 建筑群改进需求响应控制 160
9.1.3 性能评估指标 161
9.2 仿真平台 162
9.2.1 系统结构描述 162
9.2.2 系统组件建模 163
9.2.3 空调系统局部控制策略 164
9.3 案例研究 165
9.3.1 建筑冷负荷及系统参数设置 165
9.3.2 传统需求响应控制性能评估 167
9.3.3 改进需求响应控制性能评估 172
9.4 本章小结 176
参考文献 176

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高层建筑中央空调系统稳健优化控制及诊断技术节选

**章绪论能源的开发、利用及其引发的“能源危机”和“全球气候变化”成为全球日益关注的议题。如何全力推动节能减排工作，不仅关乎我国能源安全、经济可持续发展和人居环境改善，而且关乎全球能源资源、气候环境等人类生存发展的关键问题。 2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。” 建筑业与工业、交通并称能源消费的三大领域，建筑能耗造成的二氧化碳排放占比可达我国二氧化碳排放总量的1/4左右。随着城镇化进程的推进、服务业在国民经济中比例的提高和人民生活水平的提高，建筑能耗还会进一步提高。因此，建筑节能是我国落实节约资源、保护环境及实现“碳中和”目标的重要手段。 1.1 建筑节能现状 1.1.1 建筑能耗情况近些年，由于人口的大量增长及人们对健康、舒适室内环境的追求，建筑能耗呈快速增长态势。据统计，全球范围内建筑能耗占全部能源消耗的40%左右（Omer，2008）。在我国，2016年全国建筑能源消费总量为8.99亿吨标准煤，占全国能源消费总量的20.6%，其中电力占建筑能源总消耗的46%；建筑碳排放总量为19.6亿吨二氧化碳，占全国能源碳排放总量的19.4%（中国建筑节能协会能耗统计专委会，2019）。在美国，建筑能耗占社会总能耗的41.1%，其中建筑耗电量占社会总耗电量的73.6%；建筑碳排放量贡献了全部碳排放量的40%（United States Department of Energy，2012）。在中国香港特别行政区，由于金融业、商业、服务业等第三产业占主导地位，各类建筑成为社会生活的主要场所，整个香港特别行政区有接近91%的电力是被建筑消耗的。伴随着建筑业的发展，对用于改善居住环境的采暖、通风与空调的需求也获得了巨大的增长。据统计，建筑能耗有近 50%用于室内采暖、通风与空调（Pérez-Lombard et al.，2008）。特别是商业、办公等公共建筑，在建筑全生命周期内保持空调系统的高性能运行对建筑的可持续性至关重要（朱能等，2015）。然而，实际运行中建筑空调系统的能效常常大幅度低于预期（吕石磊等，2009；肖益民等，2007）。其主要原因既包括前期的设计因素（比如设备选型不合理），也包括后期的运行因素（比如运行策略、控制系统等不合理）。就设计因素而言，设备选型大多基于设计负荷且附加了一定的安全系数，当后期运行中实际负荷大大低于设计负荷时，在没有对运行实施优化的情况下，实际能效显著低于设计预期。现有研究表明，对建筑空调系统实施故障诊断、故障矫正并有针对性地应用优化控制运行策略，整个系统的能耗可降低20%～50%（Kissock，1993；Claridge et al.，1994；Liu et al.，1994；Claridge et al.，2000）。高效、可靠、优化的空调系统运行不但能够营造舒适健康的室内环境、提高系统的整体能效，还可以延长设备的服务寿命、降低设备维护成本（燕达等，2018）。 1.1.2 建筑节能规范、标准和能效标识建筑节能是指在建筑物的全生命（设计、建造和使用）过程中，执行建筑节能的标准和政策，使用节能型的建材、器具和产品，提高建筑物的保温隔热性能和气密性能，提高暖通、空调系统的运行效率，以减少能源消耗。为了减少建筑能耗及提升建筑整体能效，我国自20世纪80年代以来制定并实施了一系列相关政策、规范、制度及技术标准，主要包括建筑节能规范标准、建筑能效标识评价制度及倡导发展绿色建筑等（林波荣，2005）。 1. 建筑节能规范、标准 1986年，我国颁布实施**个建筑节能标准《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—86），要求新建居住建筑在1980年当地通用设计能耗水平基础上节能30%，被称为**步节能（即30%节能）。 1995年，我国修订并发布了《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—95），要求建筑采暖能耗在1980—1981年当地通用设计的居住建筑采暖能耗基础上，降低50%，被称为第二步节能（即50%节能）。在此前后《建筑气候区划标准》（GB 50178—93）、《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》（JGJ 129—2000）、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2001）、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2003）、《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）、《民用建筑热工设计规范》（GB 50716—2016）等相关行业和国家标准发布。 2005年起，在达到第二步节能的基础上再节能30%，即达到65%节能的目标，称之为第三步节能。实施的相关标准为《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2010）和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2010），此两项标准是配合“十二五”规划对节能的要求，于2010 年8 月1日实施。我国香港特别行政区自1995年以来相继颁布了多个建筑节能相关的守则和条例（励志俊，2015）。**个与建筑节能相关的规范是《建筑物整体热传递值守则》（Code of Practice for Overall Thermal Transfer Value in Buildings），于1995年颁布并强制实施，其主要目的是在设计阶段控制建筑物围护结构的整体传热性能，但未涉及影响建筑能耗的其他因素（如照明、空调等）。1998年及2000年，特别行政区政府机电工程署分别颁布了4部主要屋宇设备的能源效益守则：《空调装置能源效益守则》、《照明装置能源效益守则》、《电力装置能源效益守则》和《升降机及自动扶梯装置能源效益守则》。这4部守则合称为《屋宇装备装置能源效益实务守则》，自1998 年起鼓励各建筑物自愿遵守执行。为进一步推广建筑物能源效益，2012年特别行政区政府以法律的形式颁布了香港特别行政区法例第610章《建筑物能源效益条例》，要求相关类型的建筑物强制执行《屋宇装备装置能源效益实务守则》。在美国，也常常通过颁布类似的立法和政策来促进建筑节能，实现环境的可持续性。大多数州采用并实施建筑能源法规（BEC）和设备标准。2005年颁布的能源政策法案是迄今*新的版本，在建筑节能方面要求新建联邦建筑物必须比美国采暖、制冷和空调工程师协会（American Society of Heating，Refrigerating and Air-Conditioning Engineers，ASHRAE）和国际节能规范（International Energy Conservation Code，IECC）标准的能源效率提高30%；要求已有联邦建筑必须通过建筑和家电升级，与2003年的能耗水平相比每年降低2%，至2015年，将能耗降低20%。 2. 建筑能效标识建筑能效标识（Building Energy Efficiency Labeling）是指对反映建筑物能源消耗量及其用能系统效率的性能指标进行检测、计算，以信息标识的形式进行明示。建筑能效标识作为一种新的管理机制和技术手段，是建筑节能的助推器，其对明示建筑能耗状况、促进高性能建筑的发展有着重要的意义（吕晓辰等，2009）。国外建筑能效标识发展较早（王祎等，2010），1993年丹麦采用EM（Energi Maerkning sordninger）体系和ELO（Energi Ledelses Ordningen）体系对建筑的供热能效进行标识，通过建筑热模拟程序计算建筑全年能耗，并与类似建筑进行比较，这项标识于1997年开始强制执行。英国对住宅采用SAP（Standard Assessment Procedure）能量等级的标准评估程序；对其他非住宅建筑类型采用SBEM（Simplified Building Energy Model）方法。SAP方法基于建筑的年度净能耗进行定级（供热、通风、照明），分数为1～100（100即零能耗，分数越高能耗越低）；同时计算住宅的CO2排放量，确定环境影响等级，分数同样为1～100。美国于1998年开始面向商用建筑和新建住宅建筑采用“能源之星”（Energy Star）建筑标识。此外，LEED（Leadership in Energy and Environmental Design）也是被广泛采用的美国绿色建筑认证体系，评价对象主要是公共建筑和高层住宅。LEED综合考虑建筑的可持续发展、节水、能源消耗、室内环境等多方面的因素，根据得分情况分为4个等级：“白金”“金”“银”“及格”。在中国香港特别行政区，《香港建筑环境评估法》（Hong Kong Building Environmental Assessment Method，HK BEAM）是由建筑环保评估协会有限公司（BEAM Society Limited）于1996年推出的。HK BEAM认证体系是一项自愿参与计划，旨在通过建立广泛认可和应用的标准，鼓励和促进香港可持续的绿色建筑设计与开发。我国内地**个有关绿色建筑的评价、论证体系是2003年由清华大学、中国建筑科学研究院、北京市建筑设计研究院等科研院校和机构组成的课题组所公布的“绿色奥运建筑评估体系”。2005年，我国首次正式颁布了关于绿色建筑的技术规范：《绿色建筑技术导则》和《绿色建筑评估标准》。《绿色建筑技术导则》中建立的绿色建筑指标体系，由节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源、室内环境质量和运营管理共6类指标组成。2006年3月1日，适用于城镇新建和改建住宅性能评定的国家标准《住宅性能评定技术标准》（GB/T 50362—2005）开始实施，这个标准反映的是住宅的综合性能水平，体现了节能、节地、节水、节材等产业技术政策。2008年10月1日，《民用建筑节能条例》（中华人民共和国国务院令第530号）开始实施，其中第二十一条对民用建筑能效测评标识工作做了如下规定：“国家机关办公建筑和大型公共建筑的所有权人应当对建筑的能源利用效率进行测评和标识，并按照国家有关规定将测评结果予以公示，接受社会监督。”2008年6月26日，《民用建筑能效测评标识技术导则（试行）》（建科〔2008〕118号）开始实施，它将民用建筑能效水平划分为5个等级，并以星级为标志。2013年3月1日，行业标准《建筑能效标识技术标准》（JGJ/T 288—2012）开始实施，它将建筑能效标识分为建筑能效测评和建筑能效实测评估两个阶段，建筑能效标识以建筑能效测评结果为依据，建筑能效测评包括基础项、规定项与选择项的测评。建筑能效标识划分为3个等级，以星级为标志。 1.2 建筑节能基本技术实现建筑节能的基本技术方法可分为以下三类。 1. 建筑物本体节能技术优化的规划和设计：从整体综合设计概念出发，在进行建筑规划和设计时，利用气候适应性原则（付祥钊，2008），根据建筑所处的具体环境气候特征（周孝清等，2019），充分利用自然环境资源（自然风、阳光、水体、地热、地形等）来营造适宜的建筑室内微环境，以尽量降低对建筑设备的依赖。比如，对小区各建筑布局进行优化设计，可以*大限度地利用自然风来改善室内微气候；对建筑朝向的优化设计，可以更好地利用本地太阳的光照。选择合理的围护结构：选择合理的围护结构是建筑节能设计中的关键，通过改善建筑物围护结构的热工性能（张寅平，1996；张华玲等，2012；赵立华等，2015），在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，从而减少建筑冷、热消耗量（陈友明等，2004；孟庆林等，2006；江亿，2011；徐新华，2013；李念平

高层建筑中央空调系统稳健优化控制及诊断技术作者简介

高殿策，中山大学副教授、博士生导师。2013年毕业于香港理工大学，获哲学博士学位。2013～2016年于香港理工大学从事博士后科研并受聘为研究员，2016年入选中山大学“百人计划”人才项目。主要从事建筑智慧能源系统的诊断和优化控制研究，包括面向智能电网应用的建筑能源智能管理与控制、复杂中央空调系统智能优化控制及故障诊断、新能源建筑一体化系统的优化控制、储能技术在建筑中的应用等。主持国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金面上项目等，发表学术论文40余篇。

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