公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法

公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法
【專利摘要】一種公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法，涉及節能【技術領域】，所解決的是降低空調運行成本的技術問題。該方法先獲取辦公建筑在前一年歷史日的空調溫度曲線，再從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取一個曲線段A，再根據該曲線段A計算空調單位時間能量損失率，然后再從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取一個曲線段B，再根據曲線段B計算空調啟動功率平均值及空調啟動時間長度，然后再設置一個空調成本目標函數，并采用迭代法計算空調成本目標函數的最小值，進而求解出空調預開啟時長。本發明提供的方法，能允分利用綠色能源。
【專利說明】公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及節能技術，特別是涉及一種公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法的技術。

【背景技術】
[0002]為了充分利用風能、太陽能等綠色能源，盡可能的少用火電等不可再生能源，電力系統根據用電狀況將每天的供電分成三個時段，分別為電網峰時段、電網平時段、電網谷時段，在供電需量較高的電網峰時段(比如9點至17點)，綠色能源所占比例較低，在供電需量相對稍低的電網平時段，則綠色能源所占比例則相應的稍高，而在供電需量最低的電網谷時段，綠色能源所占比例也達到最高。為了鼓勵企業利用綠色能源，不同供電時段的電價也不一樣，峰谷平電價作為電能調峰措施之一，可以有效抑制峰值，改善峰谷差，避免用電設備容量投資浪費，同時也有效的利用了綠色能源。
[0003]公用建筑中央空調是能耗大戶，有效參與電網峰谷平調峰措施，對用戶降低運營成本、減少需量費用支出都有好處。中央空調可控的環節比較多，也很復雜，空調的冷熱量儲存有限，空調用電設備也較多，調優目標是一個多對象多參數的優化函數。空調環境溫度的設定，要求空調提前一定時間開啟，才能達到預想的制冷制熱效果。預開啟時間與空調制冷性能、環境冷熱負荷、運行管理都有關系。預開啟時間長，可充分利用綠色能源比例高的電網谷時段，但公用建筑冷熱能量損失大，不利于節能；預開啟時間短，則公用建筑冷熱能量損失小，空調環境溫度可能達不到管理規定，辦公舒適度降低，同時不利于利用綠色能源比例高的電網谷時段，同時也會增加空調運行成本。但是，如何確定空調預開啟時間，目前還沒有行之有效的方法。


【發明內容】

[0004]針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能允分利用綠色能源，降低空調運行成本的公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0006]I)獲取辦公建筑在前一年歷史日的空調用電曲線、空調溫度曲線，空調用電曲線的橫坐標軸為時間值坐標軸，縱坐標軸為用電值坐標軸，空調溫度曲線的橫坐標軸為時間值軸，縱坐標軸為溫度值坐標軸；
[0007]2)從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取曲線段，并將該曲線段定義為曲線段A ；
[0008]設曲線段A的起始時間點為Tbl，曲線段A的終止時間點為Tel，曲線段A在Tbl時間點的溫度值為Wbl，曲線段A在Tel時間點的溫度值為Wel，Kl為曲線段A的斜率，有Kl = (Wel-Wbl)/(Tel-Tbl)，則曲線段A必須滿足以下3個條件；
[0009]條件I:K1 在[-1/30，1/30]之間；
[0010]條件2:曲線段A處于辦公時間段內，并且Tel_Tbl>180分鐘，設x為曲線段A上任意一點，則有0〈(Px-Pmin)/Pn〈kn，其中的Px為點x所處時間點的空調用電負荷，Px值通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，Pmin為空調運行最小功率，Pn為空調主機額定功率，kn為維持空調環境溫度的電流比例，kn的取值在10% — 40%之間；
[0011]條件3:Wel與Wbl之間的溫度差小于等于2攝氏度，并且We1、Wbl都處于空調目標溫度范圍之內，所述空調目標溫度范圍是預先設定的溫度范圍值；
[0012]3)根據曲線段A計算空調單位時間能量損失率，具體計算公式為:
[0013]Ploss = kaX (Plosse-Plossb)/(Tel-Tbl)；
[0014]其中，Ploss為空調單位時間能量損失率，Plosse為在Tel時間點的空調用電電度,Plossb為在Tbl時間點的空調用電電度,Plosse及Plossb的值均通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，ka為可靠系數，ka的取值為1.05 ；
[0015]4)從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取曲線段，并將該曲線段定義為曲線段B ；
[0016]設曲線段B的起始時間點為Tb2，曲線段B的終止時間點為Te2，曲線段B在Tb2時間點的溫度值為Wb2，曲線段B在Te2時間點的溫度值為We2，K2為曲線段B的斜率，有K2 = (We2-ffb2) / (Te2-Tb2)，則曲線段B必須滿足以下3個條件；
[0017]條件1:如果前一年歷史日的空調溫度曲線為制冷溫度曲線，則K2〈0，如果前一年歷史日的空調溫度曲線為制熱溫度曲線，則Κ2>0 ；
[0018]條件2:曲線段B處于空調啟動階段的時間段內，并且Te2_Tb2>60分鐘，空調啟動階段的時間段是預先設定的時間范圍，其起始時間點為空調開啟時間點，設I為曲線段B上任意一點，則有R = Py/Pn，且R>l_kn，其中的R為點y所處時間點的空調負載率，Py為點y所處時間點的空調用電負荷，Pn為空調主機額定功率，kn為維持空調環境溫度的電流比例，kn的取值在10% — 40%之間；
[0019]條件3:Wb2與室外溫度差小于等于I攝氏度，We2與室外溫差大于8攝氏度，并且We2處于空調目標溫度范圍之內，所述空調目標溫度范圍是預先設定的溫度范圍值；
[0020]5)根據曲線段B計算空調啟動功率平均值及空調啟動時間長度，具體計算公式為:
[0021]Pstar = kaX (Pstare-Pstarb)/(Te2~Tb2)；
[0022]Tstar = Te2_Tb2 ；
[0023]其中，Pstar為空調啟動功率平均值，Tstar為空調啟動時間長度，Pstare為在Te2時間點的空調用電電度，Pstarb為在Tb2時間點的空調用電電度，Pstare及Pstarb的值均通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，ka為可靠系數，ka的取值為1.05 ；
[0024]6)設置空調成本目標函數為:
[0025]F (t) = (tastar X Pstar X Mona+tbstar X Pstar X Monb
[0026]+ (Tstar-tastar-tbstar)XPstarXMonc+talossX Ploss X Mona+tbloss XPlossXMonb ；
[0027]+ (t-Tstar-taloss-tbloss) XPlossXMonc)/60
[0028]其中，F(t)為空調成本目標函數，t為空調預開啟時長，有t> Tstar ;
[0029]其中，Mona為電網峰時段電價，Monb為電網平時段電價，Monc為電網谷時段電價，tastar為空調啟動階段的時間段所占電網峰時段的時間長度，tbstar為空調啟動階段的時間段所占電網平時段的時間長度，taloss為空調啟動完成后工作在電網峰時段的時間長度，tbloss為空調啟動完成后工作在電網平時段的時間長度；
[0030]7)計算F(t)的最小值，具體計算方法為:
[0031]7.1)選擇t的范圍[Tstar，Tstar+Tdiff]，Tdiff為空調滿足溫度控制要求的最大時間點與此時間點前的低谷結束時間點的差值；
[0032]7.2)設空調滿足溫度控制要求的最大時間點為T2，求解F(t)的時間迭代步長為:
[0033]Tstep = Tdiff/60 ；
[0034]7.3)對Tst印以分鐘為單位按照四舍五入取整，并迭代計數器i = O ;
[0035]7.4)計算空調預開啟時長，具體計算公式為:
[0036]t = Tstar+i X Tstep ；
[0037]7.5)計算空調啟動時間點,具體計算公式為:
[0038]TO = Τ2-? ；
[0039]其中，TO為空調啟動時間點；
[0040]7.6)根據TO、T2和電網峰時段、電網平時段、電網谷時段的時間定義，推算出tastar、tbstar、taloss、tbloss ；
[0041]7.7)將 tastar、tbstar、taloss、tbloss 代入空調成本目標函數F (t),計算出 F (t)的值；
[0042]7.8)將迭代計數器i增加I ;
[0043]7.9)令 t = Tstar+i XTstepp,如果 t < Tstar+Tdiff,則轉至步驟 7.5)，反之則轉至步驟7.10)；
[0044]7.10)從所有計算出的F⑴值中找出最小的F⑴所對應的t值，并將該t值作為空調預開啟時長。
[0045]本發明提供的公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法，根據歷史日的空調溫度曲線、歷史日能耗，及電網峰、平、谷時段的電價，利用迭代法計算出最佳的空調預開啟時長，既能減少能量損失又能充分利用綠色能源，能降低空調運行成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1是本發明實施例的公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法的計算流程圖。

【具體實施方式】
[0047]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。
[0048]如圖1所示，本發明實施例所提供的一種公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0049]I)獲取辦公建筑在前一年歷史日的空調用電曲線、空調溫度曲線，空調用電曲線的橫坐標軸為時間值坐標軸，縱坐標軸為用電值坐標軸，空調溫度曲線的橫坐標軸為時間值軸，縱坐標軸為溫度值坐標軸；
[0050]2)從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取曲線段，并將該曲線段定義為曲線段A ；
[0051]設曲線段A的起始時間點為Tbl，曲線段A的終止時間點為Tel，曲線段A在Tbl時間點的溫度值為Wbl，曲線段A在Tel時間點的溫度值為Wel，Kl為曲線段A的斜率，有Kl = (Wel-Wbl)/(Tel-Tbl)，則曲線段A必須滿足以下3個條件；
[0052]條件I:K1 在[-1/30，1/30]之間；
[0053]條件2:曲線段A處于辦公時間段內，并且Tel_Tbl>180分鐘，設x為曲線段A上任意一點，則有0〈(Px-Pmin)/Pn〈kn，其中的Px為點x所處時間點的空調用電負荷，Px值通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，Pmin為空調運行最小功率，Pn為空調主機額定功率，kn為維持空調環境溫度的電流比例，kn的取值在10% — 40%之間；
[0054]條件3:Wel與Wbl之間的溫度差小于等于2攝氏度，并且We1、Wbl都處于空調目標溫度范圍之內，所述空調目標溫度范圍是預先設定的溫度范圍值；
[0055]3)根據曲線段A計算空調單位時間能量損失率，具體計算公式為:
[0056]Ploss = kaX (Plosse-Plossb)/(Tel-Tbl)；
[0057]其中，Ploss為空調單位時間能量損失率，Plosse為在Tel時間點的空調用電電度,Plossb為在Tbl時間點的空調用電電度,Plosse及Plossb的值均通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，ka為可靠系數，ka的取值為1.05 ；
[0058]4)從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取曲線段，并將該曲線段定義為曲線段B ;
[0059]設曲線段B的起始時間點為Tb2，曲線段B的終止時間點為Te2，曲線段B在Tb2時間點的溫度值為Wb2，曲線段B在Te2時間點的溫度值為We2，K2為曲線段B的斜率，有K2 = (We2-ffb2) / (Te2-Tb2)，則曲線段B必須滿足以下3個條件；
[0060]條件1:如果前一年歷史日的空調溫度曲線為制冷溫度曲線，則K2〈0，如果前一年歷史日的空調溫度曲線為制熱溫度曲線，則Κ2>0 ；
[0061]條件2:曲線段B處于空調啟動階段的時間段內，并且Te2_Tb2>60分鐘，空調啟動階段的時間段是預先設定的時間范圍，其起始時間點為空調開啟時間點，設I為曲線段B上任意一點，則有R = Py/Pn,且R>l_kn，其中的R為點y所處時間點的空調負載率，Py為點y所處時間點的空調用電負荷，Py值通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，Pn為空調主機額定功率，kn為維持空調環境溫度的電流比例，kn的取值在10% — 40%之間；
[0062]條件3:Wb2與室外溫度差小于等于I攝氏度，We2與室外溫差大于8攝氏度，并且We2處于空調目標溫度范圍之內，所述空調目標溫度范圍是預先設定的溫度范圍值；
[0063]5)根據曲線段B計算空調啟動功率平均值及空調啟動時間長度，具體計算公式為:
[0064]Pstar = kaX (Pstare-Pstarb)/(Te2~Tb2)；
[0065]Tstar = Te2_Tb2 ；
[0066]其中，Pstar為空調啟動功率平均值，Tstar為空調啟動時間長度，Pstare為在Te2時間點的空調用電電度，Pstarb為在Tb2時間點的空調用電電度，Pstare及Pstarb的值均通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，ka為可靠系數，ka的取值為1.05 ；
[0067]6)設置空調成本目標函數為:
[0068]F (t) = (tastar X Pstar X Mona+tbstar X Pstar X Monb
[0069]+ (Tstar-tastar-tbstar)XPstarXMonc+talossX Ploss X Mona+tbloss XPlossXMonb ；
[0070]+ (t-Tstar-taloss-tbloss) XPlossXMonc)/60
[0071]其中，F(t)為空調成本目標函數，t為空調預開啟時長，有t> Tstar;
[0072]其中，Mona為電網峰時段電價，Monb為電網平時段電價，Monc為電網谷時段電價，tastar為空調啟動階段的時間段所占電網峰時段的時間長度，tbstar為為空調啟動階段的時間段所占電網平時段的時間長度，taloss為空調啟動完成后工作在電網峰時段的時間長度，tbloss為空調啟動完成后工作在電網平時段的時間長度；
[0073]其中，電網峰時段、電網平時段、電網谷時段是由電力系統所規定的供電時間段，Mona、Monb、Monc由電力系統設定；
[0074]7)計算F(t)的最小值，具體計算方法為:
[0075]7.1)選擇t的范圍[Tstar，Tstar+Tdiff]，Tdiff為空調滿足溫度控制要求的最大時間點與此時間點前的低谷結束時間點的差值，對于指定建筑，Tdiff是由人為設定的已知量，比如空調滿足溫度控制要求的最大時間點可以設定為早上8點，此時間點前的低谷結束時間點為6點，則Tdiff = (8-6) X60分鐘；
[0076]7.2)設空調滿足溫度控制要求的最大時間點為T2，求解F(t)的時間迭代步長為:
[0077]Tstep = Tdiff/60 ；
[0078]7.3)對Tst印以分鐘為單位按照四舍五入取整，并迭代計數器i = O ;
[0079]7.4)計算空調預開啟時長，具體計算公式為:
[0080]t = Tstar+i X Tstepp ；
[0081]7.5)計算空調啟動時間點,具體計算公式為:
[0082]TO = Τ2-? ；
[0083]其中，TO為空調啟動時間點；
[0084]7.6)根據TO、T2和電網峰時段、電網平時段、電網谷時段的時間定義，推算出tastar、tbstar、taloss、tbloss ；
[0085]7.7)將 tastar、tbstar、taloss、tbloss 代入空調成本目標函數F (t),計算出 F (t)的值；
[0086]7.8)將迭代計數器i增加I ;
[0087]7.9)令 t = Tstar+i XTstepp,如果 t < Tstar+Tdiff,則轉至步驟 7.5)，反之則轉至步驟7.10)；
[0088]7.10)從所有計算出的F⑴值中找出最小的F⑴所對應的t值，并將該t值作為空調預開啟時長。
【權利要求】
1.一種公用建筑中央空調預開啟時間的計算方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)獲取辦公建筑在前一年歷史日的空調用電曲線、空調溫度曲線，空調用電曲線的橫坐標軸為時間值坐標軸，縱坐標軸為用電值坐標軸，空調溫度曲線的橫坐標軸為時間值軸，縱坐標軸為溫度值坐標軸； 2)從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取曲線段，并將該曲線段定義為曲線段A； 設曲線段A的起始時間點為Tbl，曲線段A的終止時間點為Tel，曲線段A在Tbl時間點的溫度值為Wbl，曲線段A在Tel時間點的溫度值為Wel，Kl為曲線段A的斜率，有Kl =(Wel-Wbl)/(Tel-Tbl)，則曲線段A必須滿足以下3個條件； 條件 I:K1 在[-1/30，1/30]之間； 條件2:曲線段A處于辦公時間段內，并且Tel-Tbl>180分鐘，設x為曲線段A上任意一點，則有0〈 (Px-Pmin) /Pn〈kn，其中的Px為點x所處時間點的空調用電負荷，Px值通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，Pmin為空調運行最小功率，Pn為空調主機額定功率，kn為維持空調環境溫度的電流比例，kn的取值在10% — 40%之間； 條件3:Wel與Wbl之間的溫度差小于等于2攝氏度，并且We1、Wbl都處于空調目標溫度范圍之內，所述空調目標溫度范圍是預先設定的溫度范圍值； 3)根據曲線段A計算空調單位時間能量損失率，具體計算公式為:
Ploss = kaX (Plosse-Plossb)/(Tel-Tbl)； 其中，Ploss為空調單位時間能量損失率，Plosse為在Tel時間點的空調用電電度，Plossb為在Tbl時間點的空調用電電度，Plosse及Plossb的值均通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，ka為可靠系數，ka的取值為1.05 ； 4)從前一年歷史日的空調溫度曲線上截取曲線段，并將該曲線段定義為曲線段B; 設曲線段B的起始時間點為Tb2，曲線段B的終止時間點為Te2，曲線段B在Tb2時間點的溫度值為Wb2，曲線段B在Te2時間點的溫度值為We2，K2為曲線段B的斜率，有K2 =(We2-ffb2) / (Te2-Tb2)，則曲線段B必須滿足以下3個條件； 條件1:如果前一年歷史日的空調溫度曲線為制冷溫度曲線，則K2〈0，如果前一年歷史日的空調溫度曲線為制熱溫度曲線，則Κ2>0 ； 條件2:曲線段B處于空調啟動階段的時間段內，并且Te2-Tb2>60分鐘，空調啟動階段的時間段是預先設定的時間范圍，其起始時間點為空調開啟時間點，設y為曲線段B上任意一點，則有R = Py/Pn,且R>l_kn，其中的R為點y所處時間點的空調負載率，Py為點y所處時間點的空調用電負荷，Pn為空調主機額定功率，kn為維持空調環境溫度的電流比例，kn的取值在10% — 40%之間； 條件3:Wb2與室外溫度差小于等于I攝氏度，We2與室外溫差大于8攝氏度，并且We2處于空調目標溫度范圍之內，所述空調目標溫度范圍是預先設定的溫度范圍值； 5)根據曲線段B計算空調啟動功率平均值及空調啟動時間長度，具體計算公式為: Pstar = kaX (Pstare-Pstarb)/(Te2_Tb2)；
Tstar = Te2_Tb2 ； 其中，Pstar為空調啟動功率平均值，Tstar為空調啟動時間長度，Pstare為在Te2時間點的空調用電電度，Pstarb為在Tb2時間點的空調用電電度，Pstare及Pstarb的值均通過前一年歷史日的空調用電曲線獲得，ka為可靠系數，ka的取值為1.05 ； 6)設置空調成本目標函數為:
F (t) = (tastar XPstar X Mona+tbstar XPstar XMonb + (Tstar-tastar-tbstar) XPstarXMonc+talossXPlossXMona+tblossXPlossXMonb ；
+ (t-Tstar-taloss-tbloss) XPloss XMonc) /60 其中，F(t)為空調成本目標函數，t為空調預開啟時長，有t > Tstar ； 其中，Mona為電網峰時段電價，Monb為電網平時段電價，Monc為電網谷時段電價，tastar為空調啟動階段的時間段所占電網峰時段的時間長度，tbstar為空調啟動階段的時間段所占電網平時段的時間長度，taloss為空調啟動完成后工作在電網峰時段的時間長度，tbloss為空調啟動完成后工作在電網平時段的時間長度； . 7)計算F(t)的最小值，具體計算方法為: . 7.1)選擇t的范圍[Tstar，Tstar+Tdiff]，Tdiff為空調滿足溫度控制要求的最大時間點與此時間點前的低谷結束時間點的差值； . 7.2)設空調滿足溫度控制要求的最大時間點為T2，求解F(t)的時間迭代步長為: Tstep = Tdiff/60 ； .7.3)對Tstep以分鐘為單位按照四舍五入取整，并迭代計數器i = O ; .7.4)計算空調預開啟時長，具體計算公式為: t = Tstar+i X Tstep ； .7.5)計算空調啟動時間點,具體計算公式為:
TO = Τ2-? ； 其中，TO為空調啟動時間點； .7.6)根據TO、T2和電網峰時段、電網平時段、電網谷時段的時間定義，推算出tastar、tbstar、taloss、tbloss ； .7.7)將tastar、tbstar、taloss、tbloss代入空調成本目標函數F (t),計算出F (t)的值； . 7.8)將迭代計數器i增加I ; .7.9)令 t = Tstar+i XTstepp,如果 t < Tstar+Tdiff,則轉至步驟 7.5)，反之則轉至步驟7.10)； .7.10)從所有計算出的F⑴值中找出最小的F⑴所對應的t值，并將該t值作為空調預開啟時長。
【文檔編號】F24F11/00GK104456845SQ201410674013
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】李昌, 張溯寧 申請人:上海卓源節能科技有限公司