072低能耗建筑能源系统的多步预测优化控制

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1、低能耗建筑能源系统的多步预测优化控制中国建筑科学研究院空调所于震，王亮，王智超摘要本文介绍并比较两种对低能耗建筑能源系统的多部预测控制。首先介绍了一个示范性的低能耗建筑的能源系统的组成，并在Matlab/Simulink®环境中进行了模拟。本文提出一种基于两层多步动态优化的快速优化算法，用于优化运行策略的寻找。在此基础上，基于模型的预测控制和层次化模糊控制两种方法分别被用于进行该能源系统的在线控制。其中，层次化模糊控制使用一种基于再励学习的方法进行在线学习，用以解决模拟中存在的不确定问题。最后，对两种优化算法的

2、运算量，控制效果和被控建筑的运行成本进行了比较。关键词智能建筑，控制，模糊，在线学习1•介绍通过使用计算机模拟技术，可以获得大量诸如热响应、能源消耗、甚至建筑使用者行为等与建筑性能紧密相关的信息。通过冇效地使川这些信息，可以帮助建筑使丿IJ者和楼宇自控系统来优化控制决策。比如，计算机模拟程序可以被控制系统在线使用，作为建筑能源系统的在线模型；计算机模拟程序也可被离线使用，模拟结果可以用于生成模糊规则库，而后者则可被在线使用，來进行楼宇控制；模拟程序还可以用來为各种在线学习的优化算法提供次优的初始控制策略。木文讨

3、论了在低能耗建筑能源系统的优化控制问题中，对计算机模拟程序的不同应川方式。首先，对一个示范建筑的低能耗能源系统的纟fl成形式进行了简单介绍。两种应用方式将被应用于木能源系统：基于模型的预测控制和层次化模糊控制。基于模型的预测控制方法在线使用模拟程序作为建筑物的模型。而层次化模糊控制离线使用模拟程序住成模糊规则库。最后,再励学习算法被用来奋线整定离线生成的模糊规则库，用来克服模拟程序与实际建筑间不可避免的差异。2.被控系统描述木文以一个位于英国莱斯特郡的一个低能耗示范项H的能源系统为例⑴。该系统包括太阳能热水系统

4、，热水蓄热系统，可通风的与建筑一体的太阳能发电系统，新排风显热回收，生活热水系统和供暖系统。为了使该系统复杂性更高，在模拟中还根据实际情况增加了太阳能热水驱动的吸收式空调，冷却塔和制冷换热器［2］o本建筑有三个功能分区，分别为展厅(217.9m2),餐饮(74.0m2)和会议室(178.6m2)<»图1和图2给出了水系统和风系统的组成。水系统包括锅炉、热水驷动的吸收式制冷机、分层蕃热热水罐、冷却塔、冷却水系统和冷冻水输配系统。风系统包括一个可通风的太阳能发电板(可同时发电和制热)、一个显热回收装置、空调箱、送排

5、风机、风阀以及单设的送排风热回收装置。冷热盘管是风系统和水系统之间的接口。该低能耗建筑的能源系统的计算机模拟是在Matlab/Simulink，中实现的。建筑模型来自于DeMontfortUniversity提供的现场数据记录和系统辨识结果［1］。主要设备的模型来白于法国CSTB的STMBAD模拟软件⑶。吸收式制冷机的模型來自冷机厂家提供的数据［4］。而用來低能耗建筑能源系统的多步预测优化控制中国建筑科学研究院空调所于震，王亮，王智超摘要本文介绍并比较两种对低能耗建筑能源系统的多部预测控制。首先介绍了一个示范性

6、的低能耗建筑的能源系统的组成，并在Matlab/Simulink®环境中进行了模拟。本文提出一种基于两层多步动态优化的快速优化算法，用于优化运行策略的寻找。在此基础上，基于模型的预测控制和层次化模糊控制两种方法分别被用于进行该能源系统的在线控制。其中，层次化模糊控制使用一种基于再励学习的方法进行在线学习，用以解决模拟中存在的不确定问题。最后，对两种优化算法的运算量，控制效果和被控建筑的运行成本进行了比较。关键词智能建筑，控制，模糊，在线学习1•介绍通过使用计算机模拟技术，可以获得大量诸如热响应、能源消耗、甚至建

7、筑使用者行为等与建筑性能紧密相关的信息。通过冇效地使川这些信息，可以帮助建筑使丿IJ者和楼宇自控系统来优化控制决策。比如，计算机模拟程序可以被控制系统在线使用，作为建筑能源系统的在线模型；计算机模拟程序也可被离线使用，模拟结果可以用于生成模糊规则库，而后者则可被在线使用，來进行楼宇控制；模拟程序还可以用來为各种在线学习的优化算法提供次优的初始控制策略。木文讨论了在低能耗建筑能源系统的优化控制问题中，对计算机模拟程序的不同应川方式。首先，对一个示范建筑的低能耗能源系统的纟fl成形式进行了简单介绍。两种应用方式将被

8、应用于木能源系统：基于模型的预测控制和层次化模糊控制。基于模型的预测控制方法在线使用模拟程序作为建筑物的模型。而层次化模糊控制离线使用模拟程序住成模糊规则库。最后,再励学习算法被用来奋线整定离线生成的模糊规则库，用来克服模拟程序与实际建筑间不可避免的差异。2.被控系统描述木文以一个位于英国莱斯特郡的一个低能耗示范项H的能源系统为例⑴。该系统包括太阳能热水系统，热水蓄热系统，可通风的与建