任 律

基于大數(shù)據(jù)的制冷機房能效自動診斷

任 律

（水電水利規(guī)劃設計總院 北京 100120）

從大數(shù)據(jù)的理念出發(fā)，受到神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)訓練過程的啟發(fā)，研究中央空調(diào)制冷機房效率自動診斷系統(tǒng)快捷的實現(xiàn)過程，規(guī)避了自動化開發(fā)人員暖通知識不足和自動化編程軟件實現(xiàn)復雜數(shù)學函數(shù)難的弊端。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，診斷系統(tǒng)，報警系統(tǒng)組成。為中央空調(diào)制冷機房的效率分析、能耗診斷甚至控制策略提供一種可行的實施方式。

大數(shù)據(jù)；中央空調(diào)；能效比；能耗診斷

0 引言

隨著我國社會的進步，新的綠色建筑評價標準將更加趨向于合理化和公平化。截至2013年底，中國累計評價的綠色建筑項目數(shù)量已達1466個，建筑面積達16270.7萬m2。我國綠色建筑發(fā)展以及評估體系等方面取得了一定的成就。暖通空調(diào)專業(yè)的評價標準，將不僅要求制冷機組的設備能效比，而會更加注重制冷機房的綜合能效比。

新加坡綠色建筑評估標準中（GREEN MARK）已經(jīng)將制冷機房綜合能效比做為綠色建筑的重要評價指標。與BREEAM LEED及CASBEE等自愿申請的評價體系不同，Green Mark在新加坡國內(nèi)已經(jīng)成為了實質(zhì)上的強制標準。而且從企業(yè)降低運營成本的角度考慮，不應僅僅局限于制冷機組節(jié)能，而是制冷機房的綜合能效的提高。

目前，還沒有程序能夠實現(xiàn)制冷機房綜合設備能耗自動診斷的。分析原因，筆者認為主要是有兩個難點：其一，自動化編程人員不具備暖通專業(yè)的知識，對制冷原理和空調(diào)運行規(guī)律不了解，造成無法對各監(jiān)測參數(shù)的意義了解。本文設計了一種基于大數(shù)據(jù)的制冷機房效率自動診斷系統(tǒng)，是一種結合不同的建筑結構和中央空調(diào)實際運行環(huán)境，進行實時監(jiān)測和診斷的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用從整個暖通系統(tǒng)采集的大數(shù)據(jù)進行分析，不盲目相信設備出廠時的特性曲線，能夠進行連續(xù)的設備運行數(shù)據(jù)采集和機房能耗診斷。

1 大數(shù)據(jù)的來源

能耗監(jiān)測系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)來自安裝在設備上的大量的傳感器設備和采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為三部分。第一部分，負責采集和計算建筑真正的冷負荷；第二部分，負責采集和計算機房設備的輸出參數(shù)；第三部分，監(jiān)測制冷機房的總體用電量。

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際情況的設備性能曲線，還能找到最優(yōu)的運行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計能夠找到不同氣候和末端負荷情況下最節(jié)能的運行方式。

2 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的實現(xiàn)

制冷機房效率自動診斷系統(tǒng)的核心在于數(shù)據(jù)分析，對采集的數(shù)據(jù)進行實時的比較→尋優(yōu)→再比較→診斷結果，這樣的一個過程直接而且有效。而且比較的程序也是最簡單的邏輯運算程序之一，僅僅簡單的比較和賦值，相比各種統(tǒng)計函數(shù)要代碼數(shù)量和實現(xiàn)難度都要低很多。其自然語言實現(xiàn)步驟可參考（允許誤差值5%）：

當末端負荷=某定值時

如果 制冷設備總功率＜上個時刻的制冷設備總功率-5%

當前運行組合 賦值 最優(yōu)運行組合

記錄當前系統(tǒng)各運行參數(shù)

否則

比較 系統(tǒng)各運行參數(shù)

如果 某參數(shù)差距絕對值＞5%

環(huán)境參數(shù) 提示報警

控制參數(shù) 干預報警

設備運行參數(shù) 設備效率衰退報警

結束判斷

當經(jīng)過幾次循環(huán)的報警和人為大數(shù)據(jù)篩選（類似于神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練）之后，找到設備運行的最優(yōu)化組合參數(shù)，然后就可以屏蔽掉環(huán)境參數(shù)的提示報警，僅留下控制參數(shù)報警和設備效率衰退的報警，從而實現(xiàn)設備自動診斷。提醒進行有針對性的設備維護和運行策略干預。

任何編程語言，最基本的語法都會包含判斷、賦值、比較和四則運算，所以對于實現(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)運行狀態(tài)下的最節(jié)能的運行組合。更會直接的通過比較找到偏離最優(yōu)組合的因素（包括設備老化，干預失誤，控制策略不優(yōu)化）。

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

圖2 制冷機房最佳綜合能效比曲線

3 評述

現(xiàn)場采集設備的安裝和位置選擇需要具備一定的暖通知識，采集位置安裝正確，才能保證數(shù)據(jù)的準確。另外對于數(shù)據(jù)壞點的識別和篩選需要人為操作，對操作人員的暖通知識要求也比較高。

在相同的測試條件下，各傳感器存在偏差相同，在實現(xiàn)能耗診斷的前提下，該系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)的誤差要求低。如果需要和標準數(shù)據(jù)比對診斷本身能耗情況，則對傳感器和數(shù)據(jù)采集設備的準確性要求較高。用戶可以根據(jù)實際需求情況選擇不同性能的設備，更有利于控制投資成本。

這種利用大數(shù)據(jù)進行制冷機房綜合能效自動診斷的方式，是一種程序上比較容易實現(xiàn)的方式。能夠實現(xiàn)實時在線診斷，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)學知識，在實現(xiàn)制冷機房自動能效診斷上有較大優(yōu)勢。

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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，高級工程師，E-mail：36865100@qq.com

2019-06-21