基于CO2浓度模型及新风量计算的变新风比控制方法

本发明属于能源规划领域，尤其涉及基于co2浓度模型的新风量计算方法的变新风比控制策略。

背景技术：

1、据调查人们一生中约80％～90％的时间处在室内。随着生活水平的提高，人们对室内环境舒适度的要求越来越高，导致空调的能耗也在不断增加。但有时过多的能源消耗并不能提高室内空气质量的品质。co2浓度达到5000×10-6对正常人的健康没有严重的影响。但是，co2浓度从1000×10 -6降到800×10-6将可能消耗25％～50％的能耗。

2、传统暖通空调系统的通风设计，都是针对某一建筑物的具体环境及相应的通风需求量确定的。其弊端就是送风量在设计早期就已经确定，并不能根据建筑物内实际人员负荷情况做出改变，因而不能配合建筑物的实际需要进行送风，出现所谓的“过度通风”或“通风不足”。这不仅增加了建筑物的能源消耗，也无法保障室内的空气质量。

3、按需通风控制(demand-controlled ventilation，dcv)根据室内污染物浓度来确定新风量的大小，在保证室内空气品质的同时，尽可能最大限度的节能。一般采用co2平均浓度作为衡量室内污染物浓度的指标。通过在建筑物内外安装co2传感器，计算出室内外co2的浓度差，并将这些信息持续反馈给中央控制系统。控制系统将这个浓度差与设定值进行比较，然后给出指令调节新风阀门的开度以控制新风量和循环风量。本文讨论了新风量与空调能耗的关系，并综述了有关按需通风控制策略的研究现状，提出了与其它控制策略相结合达到节能和优化室内空气质量的目的。

4、基于co2浓度模型及新风量计算的变新风比控制方法与多区变风量空调系统新风量与末端风量实时控制方法相比，后者通过设定通风效率和新风量同时满足阈值条件来实现控制，是通过找到最不利区域并以此作为基准进行新风量输送量的控制，但是它没有对新风量富裕区域进行控制，会造成新风量富裕也会因为最不利区域而收到新风，造成资源浪费。与此相比，本发明采取的是更优方案，即对每一个区域作单独所需新风量计算，再汇总计算出系统总新风量需求，再分配给每个区域，相比后者，能耗更佳。

技术实现思路

1、本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于co2浓度模型及新风量计算的变新风比控制方法。本发明的技术方案如下：

2、一种基于co2浓度模型及新风量计算的变新风比控制方法，其包括以下步骤：

3、设计变新风比控制策略，即根据各空调区域新风需求实时修正系统的新风比；

4、根据系统新风需求量与系统实际新风量调节新风阀、回风阀和排风阀的开度；根据系统新风需求量确定变风量空调系统co2浓度模型；

5、根据该模型计算系统所需新风量；

6、进一步的，所述设计变新风比控制策略，即根据各空调区域新风需求实时修正系统的新风比，具体包括：

7、1)取设计工况下系统新风比ysp,0为新风比初始值，实时采集送风co2浓度、各区域回风co2浓度及送风量，根据动态人员监测法确定室内人员数量，再根据每人最小新风量计算各区域的新风需求量，同时根据送风co2浓度质量守恒方程计算系统实际新风量；

8、2)通过实时采集室外新风、回风温度计算室外空气温度平均值toa和回风温度平均值tra；当toa＞tra时，此时系统全新风运行即系统新风比ysp＝1.0；当toa＜tra时，此时根据计算得到的各区域的送风需求量及新风需求量计算系统总送风需求量、总新风需求量及各空调区域的新风比，然后按照mse(基于多区域方程的新风控制策略)方程计算系统新风比，再根据计算得到的系统新风比和系统总送风需求量计算系统新风需求量；

9、3)根据系统新风需求量与系统实际新风量调节新风阀、回风阀和排风阀的开度。

10、进一步的，所述步骤1)中，动态人员监测法确定室内人员数量，具体包括：

11、假设空调区域送风量与回风量相等，且空调房间漏风量为零，则空调房间内的人员数量计算式为

12、

13、其中si是空调房间每个人co2释放量，vi为空调房i的体积，ci是房间i室内co2，dτ是微分，qsa是送风量，qsa,i为各空调房间的实时送风量，csa送风co2浓度，通过上式即可计算出当前时刻的室内人员数pi，即所谓的动态人员监测法。

14、根据送风co2浓度质量守恒方程计算系统实际新风量；

15、对于送风系统co2浓度，存在如下约束条件：

16、csaqsa＝craqra+coaqoa                   (2)

17、qra＝qsa-qoa                                  (3)

18、对于空调房间内的co2浓度，存在如下约束条件：

19、

20、其中coa，cra，csa分别为新风co2浓度、回风co2浓度、送风co2浓度；qoa,qra,qsa分别为新风量、回风量、送风量；qoa，i为空调房间i实时送风量，qsa,i为各空调房间的实时送风量，yr为空调房间i实时新风比，qe,i为房间i的漏风量。

21、进一步的，所述步骤2)中，通过实时采集室外新风、回风温度计算室外空气温度平均值toa和回风温度平均值tra，具体公式为：

22、

23、

24、所述根据计算得到的各区域的送风需求量及新风需求量计算系统总送风需求量、总新风需求量及各空调区域的新风比，然后按照mse(基于多区域方程的新风控制策略)方程计算系统新风比，再根据计算得到的系统新风比和系统总送风需求量计算系统新风需求量，具体为：

25、系统总新风需求量为：

26、

27、系统总送风需求量为：

28、moa＝msa+mra                    (8)

29、

30、各空调区域新风比为：

31、

32、根据mse方程计算新的系统新风比为：

33、

34、根据系统新的新风比和系统总送风需求量计算系统新风需求量：

35、msa＝yspmoa                      (12)

36、进一步的，所述co2浓度模型包括系统新风量、回风量、送风量、新风co2浓度、回风co2浓度、送风co2浓度、室内co2浓度、室内每个空间的体积、每个人co2释放量，并考虑到各个房间的漏风量。

37、进一步的，所述根据co2浓度模型计算系统所需新风量，具体包括：

38、系统实时新风量目标函数为：

39、

40、各空调房实时新风量目标函数为：

41、

42、其中qoa，i为空调房间i实时送风量，qsa,i为各空调房间的实时送风量，yr为空调房间i实时新风比。

43、一种电子设备，其包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如任一项所述基于co2浓度模型及新风量计算的变新风比控制方法。

44、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如任一项所述基于co2浓度模型及新风量计算的变新风比控制方法。

45、一种计算机程序产品，包括计算机程序，其所述计算机程序被处理器执行时实现如任一项所述基于co2浓度模型及新风量计算的变新风比控制方法。

46、本发明的优点及有益效果如下：

47、本发明提出了基于co2浓度模型的新风量计算方法的变新风比控制策略，考虑到传统的定新风比控制策略常常采用最大新风比控制(maxy)策略，会导致其他空调区域处于新风量过剩的状态，增加了空调系统的新风能耗，因而采用变新风比控制策略，这是本发明的最大不同之处，与传统的定新风比控制策略相比，解决了定新风比控制策略往往无法实时满足系统新风需求量，且易出现新风分配不均的现象，在空调运行时能更好地结合实际新风需求量调节新风比，同时对重点区域加大新风量，以保证室内空气品质。

48、该控制方法的具体措施是采集各个区域内co2浓度、送风量等数据，通过pid算法得到各个区域所需的送风量，再通过一系列新风量计算、阀门调节，实现能耗和室内空气品质的完美平衡。其中的新风量计算基于室内co2浓度模型，对室内co2浓度进行系统建模，根据该模型得出系统新风量的计算公式，并以此作为室内人员相关污染物的控制指标。