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混合遗传模拟退火算法在中央空调水系统优化中的应用研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外中央空调系统研究现状

1.2.1 中央空调系统节能技术研究

1.2.2 中央空调系统优化控制研究

1.2.3 中央空调系统优化方法研究

1.3 中央空调系统的工作原理

1.3.1 中央空调系统的主要构成

1.3.2 中央空调系统热交换原理

1.4 本文研究的主要内容

2 遗传算法及模拟退火算法

2.1 遗传算法及模拟退火算法的发展

2.2 遗传算法及模拟退火算法的特点

2.3 遗传算法的参数设置

2.4 遗传算法的基本流程

2.5 模拟退火算法的参数设置

2.6 模拟退火算法的基本流程

2.7 本章小结

3 中央空调水系统能耗模型

3.1 中央空调系统能耗模型

3.1.1 制冷机组能耗模型

3.1.2 冷冻水泵能耗模型

3.1.3 冷却水泵能耗模型

3.1.4 冷却塔风机能耗模型

3.1.5 风机的能耗模型

3.1.6 各设备能耗模型参数估计

3.2 约束条件

3.2.1 设备的物理约束

3.2.2 设备间的相互约束

3.3 中央空调系统模型建立

3.3.1 问题的简化

3.3.2 模型建立

3.4 中央空调水系统优化模型

3.5 本章小结

4 实验平台搭建与建模分析

4.1 中央空调实验平台搭建

4.1.1 中央空调结构及参数设置

4.1.2 系统硬件

4.1.3 系统软件

4.2 中央空调水系统模型验证与分析

4.2.1 模型参数辨识

4.2.2 模型验证分析

4.3 本章小结

5 中央空调水系统优化与分析

5.1 中央空调水系统优化目标函数确定

5.2 优化算法参数设置及流程

5.2.1 遗传算法参数设置及流程

5.2.2 混合遗传模拟退火算法参数设置及流程

5.3 系统优化结果比较分析

5.3.1 定负荷情况下优化结果比较

5.3.2 变环境湿球温度情况下优化结果比较

5.3.3 一个制冷周期的优化结果比较

5.4 本章小结

6 结论

6.1 本文主要研究成果

6.2 本文的不足

6.3 进一步研究工作展望

参考文献

作者攻读硕士期间发表的论文及参与的项目

作者简介

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摘要

当前我国建筑能耗已经超过全国总能耗的四分之一,其中空调系统能耗在建筑能耗中占有很大比重,而大部分中央空调在实际运行中绝大多数时间处于部分负荷状态,此时热效率远低于额定容量下的运行效率,导致大量能耗浪费,因此节能降耗成为中央空调系统设计与运行的重要研究课题。在中央空调系统中,水系统能耗占到总能耗的绝大部分,降低水系统的能耗是减少总系统能耗的重要途径。
   本文基于全局思想,研究中央空调水系统的节能优化问题,旨在提高其运行效率,达到节能降耗的目的。本文主要研究成果如下:
   (1)建立了中央空调水系统的能耗模型。本文根据中央空调系统设备的不同特性总结出各设备的能耗模型,利用设备的约束条件,对系统优化的目标函数进行简化处理,进而建立了中央空调水系统能耗模型,为下一步模型的参数辨识奠定了基础。
   (2)确定了中央空调水系统优化模型。在中央空调水系统能耗模型基础上,利用递推最小二乘法对各个设备能耗模型的参数进行辨识,确定中央空调水系统能耗模型;再利用实验平台的实验数据对模型的有效性进行验证,结果表明模型计算值与系统实测值吻合度很好,模型具有较高的精度。
   (3)基于本文建立的中央空调水系统优化模型,提出了一种混合遗传模拟退火算法对其进行优化计算,在满足冷负荷的前提下显著降低了水系统的能耗。改进的算法以遗传算法为主,融入模拟退火算法,具有较好的局部搜索及全域搜索能力。采用混合遗传模拟退火算法对水系统进行优化,优化结果与现有的遗传算法相比,收敛速度有了明显提高,同时水系统节能效果更加显著。

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