中央空調(diào)的數(shù)據(jù)分析與動(dòng)態(tài)可視化

陳天航 海小娟 王濤 楊嘉一

摘要：為了使中央空調(diào)的機(jī)械性能更為強(qiáng)大環(huán)保，分析中央空調(diào)相關(guān)數(shù)據(jù)資料，挖掘數(shù)據(jù)變化規(guī)律并研究空調(diào)冷卻負(fù)載情況、系統(tǒng)效率、耗電量與可控制變量和不可控制變量之間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化體現(xiàn)，從而為中央空調(diào)相關(guān)性能的優(yōu)化提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析;數(shù)學(xué)建模;數(shù)據(jù)可視化

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）01-0227-02

1概述

隨著全世界地理環(huán)境的變遷及空調(diào)設(shè)備技術(shù)設(shè)備的穩(wěn)步發(fā)展，愈來(lái)愈多的中大型建筑借助中央空調(diào)控制系統(tǒng)來(lái)促成室外環(huán)境溫度及濕度的調(diào)控管理控制。特別是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)“智慧城市”的建設(shè)也相繼快速推進(jìn)，解決如何圍繞智慧城市建設(shè)實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的最大價(jià)值，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的性能優(yōu)化具有重要意義。

本文主要是為了研究中央空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)中央空調(diào)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)加以分析，從而找到合適解決方案：

1）對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)深入分析和處理，觀察數(shù)據(jù)資料變化的特點(diǎn)以及客觀規(guī)律，研究子系統(tǒng)工作效率、耗電和可控自變量以及不太可控自變量相互之間的互動(dòng)關(guān)系內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的精確性;

2）對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)分析當(dāng)中獲得的時(shí)間、室內(nèi)外環(huán)境溫度、濕度、冷卻負(fù)載狀況和設(shè)備信息，來(lái)調(diào)試可控自變量的最優(yōu)控制策略的解決方案，并獲取相應(yīng)的系統(tǒng)總耗電量以及系統(tǒng)效率，研究之間的互動(dòng)關(guān)系。

2數(shù)據(jù)可視化技術(shù)與數(shù)學(xué)建模

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)能夠?qū)⒁?guī)模龐大的抽象數(shù)據(jù)以直觀的視覺(jué)方式表現(xiàn)出來(lái)，使人們能夠充分利用視覺(jué)感知能力去觀察和處理信息，從而發(fā)現(xiàn)信息之間的關(guān)系以及其中隱藏的模式。本文通過(guò)分析中央空調(diào)相關(guān)數(shù)據(jù)，主要采用表格、3D餅圖、柱狀圖、折線圖等完成數(shù)據(jù)的可視化體現(xiàn)。

所謂數(shù)學(xué)建模，是指將抽象理念具體化的過(guò)程，即將學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的抽象概念借助常見(jiàn)的數(shù)學(xué)符號(hào)（公式或圖形）從而使用另一種方式表達(dá)出來(lái)。將復(fù)雜理論簡(jiǎn)單化，將難以解決的數(shù)學(xué)問(wèn)題通俗化口。表1和表2為本項(xiàng)目的數(shù)學(xué)建模數(shù)據(jù)表，由數(shù)學(xué)建模得出數(shù)據(jù)變量之間關(guān)系的擬合方程：y=48.326-0.179*rh-0.153*drybulb-1.343*Wetbulb-2.246*chwplkw+4.695*chwp2kw+1.104*ch2kw+1.254*chlkw。由于此次擬合的R方為0.989比較接近于1對(duì)于方程的擬合程度比較好，故把此方程作為能耗和溫濕度和冷卻效率之間的關(guān)系。

3可視化數(shù)據(jù)處理與分析

（1）數(shù)據(jù)處理

中央空調(diào)控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)中，對(duì)數(shù)據(jù)可靠性的處理采用了MATLAB和SPSS工具（主要包括提取、處理以及存儲(chǔ)1控制系統(tǒng)中所產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)。Matlab在數(shù)據(jù)可視化方面擁有良好體現(xiàn)。具有幾何空間圖形的表現(xiàn)能力，可從線型、邊界面、色彩、渲染、光線、視角等方面把數(shù)據(jù)的特點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)，讓數(shù)據(jù)更具有活力。SPSS即“統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案”軟件，突出特性是用戶界面極其友好，易學(xué)、易用、易普及，可轉(zhuǎn)存作為HTML格式及文本格式。

圖1所示的“數(shù)據(jù)表”數(shù)據(jù)源于眾多中小型公司的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，深入分析中央空調(diào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模時(shí)，可直接從“數(shù)據(jù)表”中提取數(shù)據(jù)使用。如圖1所示。

（2）數(shù)據(jù)分析

中央空調(diào)控制系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)提取完畢后，進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的分析（如子系統(tǒng)工作效率、耗電、時(shí)間、室內(nèi)外環(huán)境溫度、濕度、冷卻負(fù)載狀況和設(shè)備信息等），最后就可使用Highcharts工具（一個(gè)用純JavaScript編寫的圖表庫(kù)，能夠簡(jiǎn)單便捷的在web網(wǎng)站或是web應(yīng)用程序中添加有交互性的圖表）完成結(jié)果可視化的圖形表示。

使用Highcharts制作的中央空調(diào)的三個(gè)冷卻裝置的平均功率占比3D餅圖，如圖2所示，根據(jù)數(shù)據(jù)資料變化的特點(diǎn)以及客觀規(guī)律，體現(xiàn)了冷卻裝置的消耗功率的強(qiáng)弱程度。同樣溫度下，采用2號(hào)冷卻裝置消耗的電量最低，如果只采用2號(hào)冷卻裝置，會(huì)極大降低裝置的使用壽命。因此，一般情況下中央空調(diào)大多采用1、2號(hào)冷卻裝置，只有在溫差不大的情況下采用第三套裝置。

圖3所示的中央空調(diào)一效率和總耗電量隨時(shí)間變化的柱狀圖，反映了一天內(nèi)的耗電量變化曲線，同時(shí)也能直觀的反應(yīng)出效率和總耗電量成正比，體現(xiàn)出耗電量越多效率越高。

圖4所示某地區(qū)10月份中央空調(diào)總耗電量的范圍圖，對(duì)數(shù)據(jù)每隔一天進(jìn)行一次統(tǒng)計(jì)，記錄了10月每天的耗電量情況，通過(guò)對(duì)邊最大、最小差值，反映此地區(qū)溫差狀況。

圖5所示的是中央空調(diào)全國(guó)熱力分布區(qū)域圖，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，通過(guò)spss對(duì)能耗和其他條件進(jìn)行擬合，得出方程為：v=48.326-0.179*相對(duì)濕度-0.153"干球溫度（室外）-1.343*濕球溫度（室外）-2.246*冷水泵1功率+4.695*冷水泵2功率+1.104*冷卻裝置2功率+1.254*冷卻裝置1功率，利用此方程對(duì)全國(guó)各個(gè)地區(qū)進(jìn)行計(jì)算，繪制成中央空調(diào)熱力圖。由此得出顏色越深耗電越多，且在中國(guó)東部比西部的高。

4結(jié)束語(yǔ)

本文主要以中央空調(diào)控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)，基于數(shù)據(jù)可視化的思想，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，根據(jù)所展現(xiàn)的相關(guān)圖表數(shù)據(jù)，進(jìn)行空調(diào)控制系統(tǒng)的相應(yīng)優(yōu)化，提高性能，使中央空調(diào)在一定條件下能更好地發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。