中央空调系统的数据分析与控制策略.PDFVIP

1 中央空调系统的数据分析与控制策略 一、问题的背景 随着全球气候的变迁和空调技术的发展，越来越多的大型建筑物利用中央空调系统来实现室内 温度和湿度的调节控制。特别是随着“智慧城市”建设步伐的快速推进，如何围绕智慧城市建设实 现中央空调系统的智能控制与节能，这是智慧城市建设中的重要研究课题之一。中央空调系统的优 化控制策略研究也是实际中的一个很有普遍意义的重要课题。 图 1给出了常见的一类中央空调系统的基本结构示意图，该系统包括三套冷却装置 Chiller， 记为 CH-1/2/3）、两个冷却塔（Cooling Tower，记为 CT-1/2，二者等效）、三个冷凝水泵 （Condenser Water Pump，记为 CWP-1/2/3）和四个冷水泵（Chilled Water Pump，记为 CHWP- 1/2/3/4）。三套冷却装置的额定功率分别为 550RT，550RT和 235RT（RT为冷却吨，即表示制冷能 力的功率单位，1 RT = 3.517kw ）。 图 1. 中央空调系统的基本结构示意图 图 2给出了中央空调系统的基本工作原理图。每一套(水冷)中央空调系统都包含内循环和外循 环两个热交换循环系统。在内循环（图 2下方）中，冷水泵将冷却装置中由冷却器冷却的冷水推进 大楼, 通过热交换对大楼内部的空气进行降温和除湿。循环水在吸收了室内空气中的热量以后温度 升高，重新回流至冷却器中冷却降温，并通过冷却装置将其热量传送到外循环。在外循环（图 2上 方）中，冷凝器水泵推动冷凝器中的水来吸收冷却器降温所产生的热量到冷却塔，冷却塔把水中的 热量排放到室外空气中，水流再流回冷凝器。依次循环。内循环中的冷却器和外循环中的冷凝器被 封装在一起，称为中央空调系统的冷却装置（Chiller）。中央空调通过能量转换实现将室内的热量 2 吸收并输送至室外，从而实现换气降温的功效。 图 2. 中央空调系统的工作原理图。 二、问题的数据说明 1.附件 1：CACS_data.csv（共 51 个字段，88840 条记录，数据样本含 20593 条记录）给出了 一个实际中央空调系统状态参数和传感器采集的数据。包括以下内容： （1）采集时间：年月日时分； （2）环境信息：室外相对湿度和温度； （3）系统状态参数：冷水泵状态、冷凝泵状态、冷却装置状态和冷却塔状态等； （4）控制参数：冷水泵转速、冷凝水泵转速、冷却塔风扇转速等，相应转速的频率范围分别 为 30Hz～50Hz、30Hz～50H 和 25HZ～50Hz。数据中将以百分比%的形式给出，比如：以 30Hz～ 50Hz为例，0%=30Hz，100%=50Hz，50%=40Hz。 （5）系统采集信息：设备的耗电量、相关传感器读数（如冷凝水进/出冷却装置的水温和流速 等）； （6）系统运行相关信息：耗电量、冷却负载、系统效率等。 2.附件 2：关于数据的字段名、含义、单位等内容说明信息表。 （1）系统的可控变量――设备控制参数（3个）：  冷水泵转速：chwp_pc；  冷凝水泵转速：cwp_pc；  冷却塔风扇转速：ct_pc。 （2）系统的可控变量――状态参数（12个）：  冷水泵 1，2，3，4的状态参数：chwp1stat，chwp2stat，chwp3stat，chwp4stat； 3  冷凝水泵 1 ，2，3的状态参数：cwp1stat，cwp2stat，cwp3stat；  冷却装置 1，2，3的状态参数：ch1stat，ch2stat，ch3stat；  冷却塔 1，2的状态参数：ct1stat，ct2stat。 （3）其他由传感器采集数据均为不可控参数，这些数据受到设备的配置与可控制参数以及室 外温度和湿度等因素的影响，并且直接影响系统的耗电量、冷却负载和系统效率。 注意： （1）问题的数据均为系统实测数据，由于某些时候受外部环境、其他电器设备、人员流动等 因素的影响，可能会出现传感器采集数据有些不稳定情况，或个别的异常数据。 （2）在系统的调控过程中，虽然个别设备处于关闭状态，但会有处于待机空转而出现耗电的 情况。 三、要研究的问题 附件 1 中的数据来源于热带地区某城市的一套中央空调系统，该城市常年平均温度为 25 至 32 摄氏度之间，平均湿度为 85%左右。这些数据都是根据外部环境条件和经验由人工设定的控制策略 采集得到的。请你们团队充分利用附件 1所给的数据，结合实际分析研究下列问题： 1．对附件 1 中实际数据做深入的分析处理，挖掘出数据变化的特征和规律，研究冷却负载、 系统效率、耗电量与可控变量和不可控变量之间的关系模型，并检验模型的可靠性。 2．按