HVAC智慧調(diào)控與柔性用能實驗平臺暖通空調(diào)

一、HVAC智慧調(diào)控與柔性用能實驗平臺暖通空調(diào)平臺功能與應(yīng)用

        以“注重理論聯(lián)系實際、強化工程能力訓(xùn)練，培養(yǎng)適應(yīng)能力強的創(chuàng)新人才"為實驗教學(xué)目標(biāo)，涉及冷熱源工程、暖通空調(diào)、流體輸配管網(wǎng)、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備、建筑設(shè)備與能源系統(tǒng)智能化、大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用等多門本科專業(yè)課實驗教學(xué)服務(wù)、相關(guān)研究生科研實驗，可實現(xiàn)企業(yè)用戶定制用于企業(yè)人才培養(yǎng)和產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)。通過本平臺實驗深化學(xué)生對本專業(yè)知識的系統(tǒng)理解與學(xué)習(xí)，掌握暖通空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)試檢測的專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題的能力。

        平臺以其先進的技術(shù)架構(gòu)、豐富的功能模塊及顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程領(lǐng)域的教學(xué)、新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展、科研及社會服務(wù)提供先進的、可拓展的實驗平臺支撐。

        平臺致力于開展智能優(yōu)化控制、空調(diào)柔性提升、建筑能耗與室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)關(guān)系、柔性調(diào)控策略、溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)中濕度需求響應(yīng)策略等方面的深入研究。通過結(jié)合設(shè)備性能、節(jié)能潛力及環(huán)境品質(zhì)等多維度考量，為空調(diào)系統(tǒng)在不同環(huán)境狀態(tài)下的運行方案及參數(shù)設(shè)定提供科學(xué)依據(jù)。

 二、HVAC智慧調(diào)控與柔性用能實驗平臺暖通空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

       平臺結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、可視化數(shù)字大屏展示，可實現(xiàn)定風(fēng)量系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)和風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的多種運行工況（7種基本工況）及控制策略的研究。

        冷熱源系統(tǒng)：該平臺配備了兩臺并聯(lián)的空氣源熱泵機組（一臺定頻，一臺變頻），既可獨立運行，也可聯(lián)合工作，以滿足各種冷熱負荷及運行工況的需求。

        空調(diào)末端系統(tǒng)：包括變頻式組合式空調(diào)機組（AHU）、直流無刷式風(fēng)機盤管機組以及壓力無關(guān)型VAV-Box變風(fēng)量箱，為用戶提供多樣化的空調(diào)末端選擇。

        輸配系統(tǒng)：由一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)組成，兩者均具備變頻控制功能，確保空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及高效輸配。

        蓄能罐：平臺配備了一個容積為2.3立方米的蓄能罐，該蓄能罐可與熱泵聯(lián)合運行，通過水系統(tǒng)閥門的切換，實現(xiàn)供冷、供熱、儲能、釋能及混合供給等多種運行工況。

        附屬設(shè)施：管道加熱器、真空脫氣機及定壓補水裝置。

        監(jiān)測系統(tǒng)：包括上百個硬測點和200余個軟測點。除此之外還擁有可視化管控界面。

        數(shù)據(jù)交互與控制系統(tǒng)：由動力控制、數(shù)據(jù)采集、邊緣計算及集中管控等部分組成，具備設(shè)備智能調(diào)控、數(shù)據(jù)采集、分析判斷及存儲等功能，通過運行PLC程序與AI智慧算法，實現(xiàn)對HVAC系統(tǒng)的全面智慧調(diào)控與柔性用能。

 三、智能控制與柔性用能

        1、負荷預(yù)測

        采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）算法精準(zhǔn)預(yù)測空調(diào)負荷，多元的AI算法庫可為特定空調(diào)系統(tǒng)匹配預(yù)測算法，預(yù)測準(zhǔn)確度可達94%以上，為空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制策略的制定提供了堅實可靠的數(shù)據(jù)支撐。

        2、AI 優(yōu)化控制 

        基于空調(diào)系統(tǒng)歷史用能大數(shù)據(jù)，以COP、PMV和能耗等為約束目標(biāo)，訓(xùn)練AI優(yōu)化算法模型，模型將自動感知室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)的變化、自動判斷并決策優(yōu)化系統(tǒng)的控制參數(shù)，助力建筑實現(xiàn)柔性用能，在提高空調(diào)舒適度的同時，節(jié)約空調(diào)能耗，降低運行費用。

         3、精細化管理 

        建立空調(diào)能源數(shù)據(jù)精細化采集網(wǎng)絡(luò)，將空調(diào)系統(tǒng)總能耗拆分到冷熱源、水泵、冷卻塔、風(fēng)機和末端等分項，將末端能耗拆分到用戶/樓層分項，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)展示空調(diào)用能去向與能效高低，各區(qū)域用能情況更加透明化、精細化、可追溯化，能源管理更加規(guī)范化。快速診斷空調(diào)系統(tǒng)用能狀況，及時發(fā)掘節(jié)能潛力，確定節(jié)能方向，提高系統(tǒng)能效。

         4、智慧化運維 

        “AI專家"替代繁瑣人工，實現(xiàn)高效低成本安全運維。通過 AI 智能調(diào)節(jié)功能，幫助運維人員自動調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運行模式，減少運維人員數(shù)量和減輕工作負荷，提高工作效率。通過 AI算法模型實時監(jiān)控空調(diào)設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測性維護，變被動維護為主動服務(wù)，預(yù)防惡性事故發(fā)生，減少安全隱患，提高設(shè)備運行效率。通過運維數(shù)據(jù)庫的搭建，實現(xiàn)能源系統(tǒng)設(shè)備的全生命周期管理，提高物業(yè)運維管理水平。

        5、柔性用能 

        接入本平臺的空調(diào)系統(tǒng)可通過需求側(cè)響應(yīng)的形式參與到“虛擬電廠"計劃中，轉(zhuǎn)“源隨荷變"為“荷隨源變"，實現(xiàn)柔性用能，削峰填谷，緩解電網(wǎng)壓力，降低用電成本，減小空調(diào)設(shè)備初投資。

        6、靈活化場景匹配 

        能管系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計方式，可以根據(jù)不同項目需求靈活搭建應(yīng)用系統(tǒng)，適用于各類場景下的空調(diào)系統(tǒng)能源管理，兼容 Modbus、BACnet、OPC等各類通訊協(xié)議和接口。涉及的常見場景包含：公共建筑（辦公樓、商場、學(xué)校、醫(yī)療機構(gòu)等公共場景）、工業(yè)建筑（生產(chǎn)制造車間、倉儲物流園區(qū)等工業(yè)建筑）和居住建筑（住宅小區(qū)、酒店、公寓等居住場所）的空調(diào)系統(tǒng)能源管理/節(jié)能改造項目。

 四、平臺優(yōu)勢與展望

        預(yù)留接口與可擴展性：本實驗平臺預(yù)留有冷熱源及控制接口，為未來系統(tǒng)拓展、效能提升及開發(fā)新的控制策略和算法模型提供了堅實基礎(chǔ)。

       科研成果轉(zhuǎn)化與項目落地：平臺專注于公共建筑集中空調(diào)系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)積累、學(xué)習(xí)與深度挖掘，將空調(diào)系統(tǒng)運行基本原理、工程師的運維經(jīng)驗和歷史運維數(shù)據(jù)融入AI算法中，進行多種HVAC和AI算法模型訓(xùn)練，完成不同工況調(diào)試。通過機器理解與深度學(xué)習(xí)，預(yù)測、優(yōu)化得到不同環(huán)境狀態(tài)下空調(diào)系統(tǒng)運行方案及參數(shù)設(shè)定，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)智慧和柔性用能，為科研成果轉(zhuǎn)化及項目落地提供有力技術(shù)支撐和調(diào)試平臺。       

        教學(xué)資源建設(shè)與行業(yè)推動：平臺將持續(xù)豐富配套教學(xué)資源，完善并提升實驗的自由度和開放性，促進行業(yè)實現(xiàn)跨學(xué)科融合、智能化轉(zhuǎn)型及人才培養(yǎng)模式的更新；同時，推動教育創(chuàng)新、科研發(fā)展及產(chǎn)業(yè)升級，為建環(huán)專業(yè)的新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展提供先進的、可拓展的綜合實驗平臺支撐。