一种建筑制冷优化调控系统及方法与流程

本发明属于建筑制冷，尤其是一种建筑制冷优化调控系统及方法。

背景技术：

1、传统的建筑制冷调控方式主要是通过人工监测和调整建筑设施来实现，这种方式往往采用单个设备或单一策略进行能源控制，而缺少对整体能源消耗情况的综合分析和优化，导致难以实现建筑能源的最优化配置。并且传统的建筑制冷控制系统通常是单独设计和实现的，功能比较单一，难以满足复杂的建筑制冷控制需求。一旦需要进行升级或更改，就需要对整个系统进行重新设计和实现，成本较高。同时，数据采集和处理也存在一定的局限性，难以实现对建筑能源数据的连贯性监测和分析，影响了能源控制效果。上述制冷控制策略主要是基于人工经验和规则制定的，缺少数据支撑，难以实现建筑能源的精细化管理，导致能源消耗效率低下。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种建筑制冷优化调控系统及方法，能够保证制冷效果的前提下提高建筑的能源效率和降低运行成本。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种建筑制冷优化调控系统，包括与bim建筑模型服务器相连接的监管硬件系统、主控中心和执行中心；所述监管硬件系统用于收集建筑设计相关信息和环境信息，并获取建筑能源消耗的实时数据传送给主控中心，所述主控中心对获取的实时数据进行智能分析，计算出最优制冷策略，以最小化能源消耗维持建筑内的温度在舒适范围内；所述执行中心负责控制和调度执行设备，实现建筑制冷优化调控功能。

4、进一步，所述监管硬件系统包括无线传感器监控模块、数据处理模块、数据传输模块和报警模块，其中：

5、所述无线传感器监控模块采用mesh网络进行传感器组网，对建筑物内外环境的物理量进行实时监测并传送至数据处理模块；

6、所述数据处理模块用于对监控模块采集的数据进行实时处理和分析，提取建筑物的能耗数据、环境质量数据；

7、所述数据传输模块用于将无线传感器监控模块采集的数据和经过数据处理模块处理后的数据传输到主控中心；

8、所述报警模块用于在系统发生异常或故障时及时发出警报，并将异常或故障信息传递给主控中心。

9、进一步，所述主控中心包括系统显示终端、实时数据采集模块、数据记录模块、项目演示模块和数据分析输出模块，其中：

10、所述实时数据采集模块与监管硬件系统中的无线传感器监控模块通信，获取建筑内各项实时数据，并将获取的数据传递给系统显示终端；

11、所述系统显示终端对实时数据采集模块采集的数据进行分析、处理和计算，其采用建筑制冷调控系统的mpc算法计算最优制冷策略，并生成能源消耗成本、建筑状态评估相关数据；

12、所述数据记录模块用于记录和保存建筑能源消耗数据，以便于对建筑能源消耗进行分析和评估；

13、所述项目演示模块用于展示建筑物的实时能源消耗情况；

14、所述数据分析输出模块包括运行数据输出模块、设备参数输出模块、模型展示模块；该数据处理输出模块用于将采集、处理、分析的数据输出并呈现给用户或其他系统使用。

15、进一步，所述计算最优制冷策略的具体方法为：采用mpc算法以恒温、对流、辐射约束条件和综合成本进行约束，采用k-fold进行交叉验证，通过mpc算法来最小化能源消耗，同时维持建筑内的温度在舒适范围内。

16、进一步，所述计算最优制冷策略的具体方法为：所述mpc算法在每个控制周期内，使用当前的温度数据、天气预报、建筑信息模型和制冷系统的性能曲线来预测未来一段时间内的建筑温度变化，生成一个最佳控制策略，包括制冷机组的运行、风机的调节和冷却水泵的操作；mpc算法的控制目标是在维持舒适温度的前提下，尽可能减少制冷系统的能源消耗，并确保建筑内不会过热或过冷；在控制周期结束后，mpc算法收集实时传感器数据，包括建筑温度和制冷系统的性能数据，上述性能数据用于更新模型，以反映实际建筑和系统的性能，以便下一轮控制。

17、进一步，所述执行中心包括执行器、驱动器、信号转换器和保护装置，其中：

18、所述执行器根据主控中心的控制指令，通过驱动器和信号转换器对建筑内的执行设备进行操作；

19、所述驱动器用于为执行器提供能源，其通过电气信号来驱动执行器；

20、所述信号转换器将主控中心发送的指令信号转换为执行器可以接受的信号形式，同时将执行器反馈的状态信号转换为主控中心可以接受的信号形式，实现不同设备的信号进行转换功能；

21、所述保护装置用于监测建筑内部的能源消耗状况，以保护建筑设备的安全和稳定运行。

22、进一步，所述无线传感器监控模块采集的传感器数据包括温度、电力、二氧化碳、声音、红外、光照及摄像头的图像数据。

23、一种建筑制冷优化调控系统的调控方法，包括以下步骤：

24、步骤1、在bim建筑模型服务器中，根据建筑设计相关信息建立bim模型；

25、步骤2、监管硬件系统收集建筑信息以及历史数据；

26、步骤3、主控中心设置初始控制目标数据；

27、步骤4、监管硬件系统获取建筑内外部信息，更新实时包括温度变化、制冷机运行状态的数据；

28、步骤5、主控中心基于bim模型和当前状态，使用调控系统的热传导模型预测未来一段时间内的建筑温度变化；

29、步骤6、主控中心根据温度预测、目标温度范围以及制冷系统性能曲线，计算最佳控制策略，形成制冷调控模型，并通过执行中心对执行设备进行控制；

30、步骤7、监管硬件系统收集实际传感器数据并传送给主控中心用于更新模型，包括建筑温度和制冷系统性能。

31、进一步，所述步骤1的具体实现方法为：

32、建立bim模型：首先需要收集建筑设计相关信息，包括建筑图纸、施工图和设计规范，根据数据库中项目的总体方案和图纸信息，采用3dmax建立建筑模型；然后将模型数据输入revit软件，通过拉伸立体化参数，得到三维建筑模型；最后采用bim三维一体化技术，使用contextcapture构建三维影像模型，生成动态建筑模型；

33、建立bim建筑模型数据库：将建筑模型的信息保存在数据库中，并与其他系统进行连接；

34、建立bim建筑模型服务器：将bim建筑模型数据库存储在服务器上。

35、进一步，所述步骤5使用的热传导模型为：

36、

37、其中t为时间t和三维空间位置上的温度分布，ρ为材料的密度，c为材料的比热容，k为材料的热导率，q为内部和外部的热源；

38、mpc算法增加了恒温边界条件约束、流边界条件约束、辐射边界条件约束；

39、所述恒温边界条件约束，对建筑内侧墙壁处，墙壁的温度保持不变，有下列公式：

40、t(0,t)＝tint

41、其中tint表示建筑内部恒定温度，是墙壁内侧的温度；

42、流边界条件约束，有下列公式：

43、

44、其中k为建筑材料的热导率，l为墙壁的长度，h为对流系数，表示建筑内侧和外侧之间的热对流强度，t为外部环境的温度，表示墙壁外侧的温度；

45、辐射边界条件约束，有下列公式：

46、

47、其中k为建筑材料的热导率，l为墙壁的长度，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，∈为墙壁表面的辐射发射率，t为外部环境的温度，表示墙壁外侧的温度。

48、本发明的优点和积极效果是：

49、1、本发明基于建筑信息模型(building information modeling，简称bim)实现，调控系统通过监测建筑设施的能源使用情况并在保持舒适温度的前提下优化能源效率，从而降低建筑运营成本，其采用mpc算法，通过实时模型预测来调整控制策略，并通过智能控制系统对建筑能源系统进行调整和优化，以最小化能源消耗。本发明可以为建筑的能源管理提供全方位的保障和支持，为建筑能源的高效使用和可持续发展做出重要保。

50、2、本调控系统集成了各种传感器，可对多种能源参数进行测量，如电力、温度、湿度、二氧化碳等，通过数据处理和分析，可以及时发现和预防建筑能源消耗的不合理情况。

51、3、本调控方法通过构建实时的建筑能耗数据库，使建筑的能源管理更加科学化和精细化。这种实时监测和数据记录的方法可以帮助建筑物的管理者及时发现能源消耗的异常情况，并采取相应的措施来降低能源的消耗，从而达到节能减排的效果，对于建筑能源管理来说非常有益。同时，这种实时监测的方法还能够为建筑物的维护提供依据，帮助管理者及时发现设备的故障和异常，提前做好维护和更换工作，保证建筑物的设备运行效率和安全性。

52、4、本发明设有系统显示终端，用户通过显示终端可以方便地查看实时的数据和分析结果，及时掌握建筑的能源使用情况，并根据实际情况做出相应的调整，从而实现能源的高效使用和管理。

53、5、本发明设有报警模块，通过报警模块可以及时对建筑能源异常进行报警，如能源浪费或设备故障，使管理者能够及时采取措施，保障建筑的运行安全和稳定性。