基于大數(shù)據(jù)的制冷機(jī)房能效自動(dòng)診斷

任 律

基于大數(shù)據(jù)的制冷機(jī)房能效自動(dòng)診斷

任 律

（水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 北京 100120）

從大數(shù)據(jù)的理念出發(fā)，受到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)訓(xùn)練過程的啟發(fā)，研究中央空調(diào)制冷機(jī)房效率自動(dòng)診斷系統(tǒng)快捷的實(shí)現(xiàn)過程，規(guī)避了自動(dòng)化開發(fā)人員暖通知識(shí)不足和自動(dòng)化編程軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)學(xué)函數(shù)難的弊端。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，診斷系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)組成。為中央空調(diào)制冷機(jī)房的效率分析、能耗診斷甚至控制策略提供一種可行的實(shí)施方式。

大數(shù)據(jù)；中央空調(diào)；能效比；能耗診斷

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步，新的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將更加趨向于合理化和公平化。截至2013年底，中國(guó)累計(jì)評(píng)價(jià)的綠色建筑項(xiàng)目數(shù)量已達(dá)1466個(gè)，建筑面積達(dá)16270.7萬m2。我國(guó)綠色建筑發(fā)展以及評(píng)估體系等方面取得了一定的成就。暖通空調(diào)專業(yè)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將不僅要求制冷機(jī)組的設(shè)備能效比，而會(huì)更加注重制冷機(jī)房的綜合能效比。

新加坡綠色建筑評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中（GREEN MARK）已經(jīng)將制冷機(jī)房綜合能效比做為綠色建筑的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。與BREEAM LEED及CASBEE等自愿申請(qǐng)的評(píng)價(jià)體系不同，Green Mark在新加坡國(guó)內(nèi)已經(jīng)成為了實(shí)質(zhì)上的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。而且從企業(yè)降低運(yùn)營(yíng)成本的角度考慮，不應(yīng)僅僅局限于制冷機(jī)組節(jié)能，而是制冷機(jī)房的綜合能效的提高。

目前，還沒有程序能夠?qū)崿F(xiàn)制冷機(jī)房綜合設(shè)備能耗自動(dòng)診斷的。分析原因，筆者認(rèn)為主要是有兩個(gè)難點(diǎn)：其一，自動(dòng)化編程人員不具備暖通專業(yè)的知識(shí)，對(duì)制冷原理和空調(diào)運(yùn)行規(guī)律不了解，造成無法對(duì)各監(jiān)測(cè)參數(shù)的意義了解。本文設(shè)計(jì)了一種基于大數(shù)據(jù)的制冷機(jī)房效率自動(dòng)診斷系統(tǒng)，是一種結(jié)合不同的建筑結(jié)構(gòu)和中央空調(diào)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用從整個(gè)暖通系統(tǒng)采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不盲目相信設(shè)備出廠時(shí)的特性曲線，能夠進(jìn)行連續(xù)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和機(jī)房能耗診斷。

1 大數(shù)據(jù)的來源

能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)來自安裝在設(shè)備上的大量的傳感器設(shè)備和采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為三部分。第一部分，負(fù)責(zé)采集和計(jì)算建筑真正的冷負(fù)荷；第二部分，負(fù)責(zé)采集和計(jì)算機(jī)房設(shè)備的輸出參數(shù)；第三部分，監(jiān)測(cè)制冷機(jī)房的總體用電量。

圖1 采集參數(shù)分布示意圖

通過持續(xù)的大數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過專業(yè)的數(shù)據(jù)分析，不但可以得到符合該建筑實(shí)際情況的設(shè)備性能曲線，還能找到最優(yōu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)能夠找到不同氣候和末端負(fù)荷情況下最節(jié)能的運(yùn)行方式。

2 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

制冷機(jī)房效率自動(dòng)診斷系統(tǒng)的核心在于數(shù)據(jù)分析，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的比較→尋優(yōu)→再比較→診斷結(jié)果，這樣的一個(gè)過程直接而且有效。而且比較的程序也是最簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算程序之一，僅僅簡(jiǎn)單的比較和賦值，相比各種統(tǒng)計(jì)函數(shù)要代碼數(shù)量和實(shí)現(xiàn)難度都要低很多。其自然語言實(shí)現(xiàn)步驟可參考（允許誤差值5%）：

當(dāng)末端負(fù)荷=某定值時(shí)

如果 制冷設(shè)備總功率＜上個(gè)時(shí)刻的制冷設(shè)備總功率-5%

當(dāng)前運(yùn)行組合 賦值 最優(yōu)運(yùn)行組合

記錄當(dāng)前系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)

否則

比較 系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)

如果 某參數(shù)差距絕對(duì)值＞5%

環(huán)境參數(shù) 提示報(bào)警

控制參數(shù) 干預(yù)報(bào)警

設(shè)備運(yùn)行參數(shù) 設(shè)備效率衰退報(bào)警

結(jié)束判斷

當(dāng)經(jīng)過幾次循環(huán)的報(bào)警和人為大數(shù)據(jù)篩選（類似于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練）之后，找到設(shè)備運(yùn)行的最優(yōu)化組合參數(shù)，然后就可以屏蔽掉環(huán)境參數(shù)的提示報(bào)警，僅留下控制參數(shù)報(bào)警和設(shè)備效率衰退的報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)診斷。提醒進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)備維護(hù)和運(yùn)行策略干預(yù)。

任何編程語言，最基本的語法都會(huì)包含判斷、賦值、比較和四則運(yùn)算，所以對(duì)于實(shí)現(xiàn)上面的程序沒有任何難度。只要數(shù)據(jù)量足夠多，就能夠通過找到大多數(shù)運(yùn)行狀態(tài)下的最節(jié)能的運(yùn)行組合。更會(huì)直接的通過比較找到偏離最優(yōu)組合的因素（包括設(shè)備老化，干預(yù)失誤，控制策略不優(yōu)化）。

程序經(jīng)過一段時(shí)間的數(shù)據(jù)收集和尋優(yōu)，最終找到不同末端負(fù)荷下最好的綜合能效比，作為能耗診斷的標(biāo)準(zhǔn)。通過生成運(yùn)行曲線，可以看到運(yùn)行不同的制冷主機(jī)數(shù)量時(shí)綜合能效比變化規(guī)律，制冷機(jī)房的綜合曲線，可以得到很多有用的信息。

圖2 制冷機(jī)房最佳綜合能效比曲線

3 評(píng)述

現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備的安裝和位置選擇需要具備一定的暖通知識(shí)，采集位置安裝正確，才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。另外對(duì)于數(shù)據(jù)壞點(diǎn)的識(shí)別和篩選需要人為操作，對(duì)操作人員的暖通知識(shí)要求也比較高。

在相同的測(cè)試條件下，各傳感器存在偏差相同，在實(shí)現(xiàn)能耗診斷的前提下，該系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的誤差要求低。如果需要和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對(duì)診斷本身能耗情況，則對(duì)傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的準(zhǔn)確性要求較高。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求情況選擇不同性能的設(shè)備，更有利于控制投資成本。

這種利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行制冷機(jī)房綜合能效自動(dòng)診斷的方式，是一種程序上比較容易實(shí)現(xiàn)的方式。能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線診斷，不需要專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件，不需要具備更多的數(shù)學(xué)知識(shí)，在實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)房自動(dòng)能效診斷上有較大優(yōu)勢(shì)。

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[2] 彭惠芹.云計(jì)算大數(shù)據(jù)對(duì)制冷設(shè)備空調(diào)的控制[J].電腦編程技巧與維護(hù),2017,(24):45-47.

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[6] 游立科.中央空調(diào)故障診斷與節(jié)能運(yùn)行系統(tǒng)[D].重慶:重慶大學(xué),2005.

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Automatic Diagnosis of Energy Efficiency in Refrigeration Room Based on Big Data

Ren Lv

( China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing, 100120 )

Based on the concept of big data, inspired by the training process of neural network system, this thesis studies the rapid realization process of the automatic diagnosis system of central air conditioning refrigeration room, avoiding the disadvantages of the lack of hvac knowledge of automation developers and the difficulty of automatic programming software to realize complex mathematical functions.The system consists of data acquisition system, diagnosis system and alarm system.This thesis provides a feasible implementation method for the efficiency analysis, energy consumption diagnosis and even control strategy of central air-conditioning refrigeration room.

big data; central air conditioning; energy efficiency ratio; energy consumption diagnosis

TP29

A

1671-6612（2019）05-494-03

任 律（1981.01-），男，碩士研究生，高級(jí)工程師，E-mail：36865100@qq.com

2019-06-21