生活中，水泵的即时转速往往不会等同于额定转速因此水泵的即时水流量和即时功率也会与额定水流量额定功率产生偏差，但始终满足能耗比[6]。所提大型暖通空调关联节能调控模型设计方法设那么空调水泵的即时单位做功量则可表示为：

水流量节能调控数学模型给出的控制方案是：当大型暖通空调制冷量或制热量未达标时，不对水泵即时功率做限制。当制冷量或制热量达标时，首先调控冷却水泵的水流量，提高冷却水与环境的温差，随后调控冷冻水泵的水流量，尽可能使热能量符合式（3）标准[8]。如果无法达到式（3）标准，则使用大型暖通空调的最小水流量实现节能。

1.2 关联节能调控设计

大型暖通空调中水流量节能调控数学模型的理论基础是热力学第一定律，即能量守恒定律，大型暖通空调所处环境的热能与其经由冷水吸收的热能始终平衡，这样一来才能够保证环境温度的近似恒定。空气流动产生的热能、环境中建筑材料与架构的导热热能、流动人口身体发热、环境占地面积、外部气候以及大型暖通空调参数等因素都会对环境温度造成影响，削减大型暖通空调的节能效率[9]。式（4）给出的节能结果未能考虑到这些因素，故只能在人流量少、气候条件好的理想情况下使用，为保证节能效率，需要将外界影响因素关联到模型中，如图2所示。

由于外界影响因素具有不可控性，为了能够更好地实现关联节能调控建模，需要做出以下假设条件：

（1） 空调的水流量不会出现热能耗损，并且数值保持在额定流量；

（2） 空调制冷设备无热能耗损；

（3） 环境中除空调以外的其他设备的制冷和制热量忽略不计；

（4） 空调中冷冻水和冷却水的流量始终相等。

图2中设计的大型暖通空调关联节能调控模型采用Matlab模糊控制调控环境参数对图1模型的影响。4个假设条件已将多数影响因素的参数固定化，但流动人口身体发热和外部气候对模型的影响仍不可忽视，应将人流量和外部温度作为环境参数输入到图2的模型中。

人流量和外部温度按照数量（或体感温度）划分为5个等级，分别为极少（低）、偏少（低）、中、偏多（高）、极多（高）。在Matlab模糊控制中，“极少（小）”按照zmf形式的隶属度函数进行输入，“偏少（低）”、“中”、“偏多（高）”使用pimf形式的隶属度函数，“极多（高）”的输入形式为smf。

大型暖通空调关联节能调控模型在输入外部参数的同时，还利用Matlab模糊控制对水流量控制方案进行了模糊处理，这样可使外界影响因素能够更加恰当地被关联到水流量节能调控数学模型中[10]。Matlab模糊控制将水流量分为高、中、低三个等级，均以zmf形式的隶属度函数输入。

大型暖通空调关联节能调控模型的调控规则用表1描述，表中的L，M和H表示Matlab模糊控制的調控程度，依次是低等调控、中等调控和高等调控。将不同的控制程度划分出来，有利于合理掌握大型暖通空调暖通任务的进行状态，进而降低控制误差。

2 大型暖通空调关联节能调控模型求解

大型暖通空调关联节能调控模型的目的是以高精度的控制规则优化节能效率，模型的最大节能效率可使用下式求解：

式中：分别是人流量、外部温度和水流量的调控权值，；是人流量和外部温度的动态参数值。

是利用遗传算法确定的。遗传算法中的自适应算法和搜索算法使用优劣度替换方式对大型暖通空调关联节能调控模型中的各项参数顺次进行迭代、最优解替换和函数收敛，得到最佳权值。

3 实验测试

通过实验测试本文模型设计方法的控制误差和节能效率，控制误差的计算公式为：

式中：是水泵供应的热能；是环境的基础热能。

空调所处环境的人流量和外部温度由模拟仪器提供，和经由热能检测仪测量。使用可编程控制器、动态管理算法和本文模型设计方法调控大型暖通空调的水流量，水流量取值依次为300 m3/h，700 m3/h，1 000 m3/h，1 500 m3/h和2 000 m3/h。实验进行6 h，每隔2 h记录一次利用式（6）进行计算，三种方法的控制误差见表2。

由表2可知，水流量与控制误差无明显对应关系。可编程控制器的控制误差绝对值范围在0.13～0.71之间，计算其平均误差，结果为0.39，无法满足使用者对大型暖通空调的控制需求。动态管理算法的控制误差绝对值范围在0.14～0.64之间，平均误差为0.32，比可编程控制器控制误差小，但仍然不具备良好的控制能力。本文模型设计方法控制误差的绝对值始终低于0.20，平均值为0.16，控制能力明显优于前两种方法，控制误差小并且控制效果更加稳定。

对可编程控制器、动态管理算法和本文模型设计方法节能效率测试是在控制误差测试实验的基础上进行的，不同的是，节能效率测试实验不对大型暖通空调水泵的水流量进行限制，仅维持人流量和外部温度的恒定。在此条件下，三种方法将自动进行7 h的节能调控，每隔1 h计算出三种方法的节能效率，使用的计算公式为式（5），测试结果如表3所示，可以看出三种方法的节能效率都不低，而本文模型设计方法的节能效率是最优的。

4 结 语

大型暖通空调所处环境的人流量和外部温度是不容忽视的节能影响因素，过去设计的节能调控模型均未有效考虑到这一点，导致控制误差大、节能效率不佳。基于以上原因，本文提出大型暖通空调关联节能调控模型设计方法，构建了两个节能模型，分别用于理想状态和实际状态。通过逐步优化实际状态下的人流量和外部温度，减小模型控制误差，提升模型节能效率，最终实现设计目标。

注：本文通讯作者为秦景。

参考文献

[1] 卜文锐.基于模糊规则的水泵节能循环控制系统[J].现代电子技术，2015，38（17）：97⁃100.

[2] 赵志安，于晓菲，邱相武，等.基于建筑信息模型技术的暖通空调设计软件开发[J].土木建筑工程信息技术，2015，7（2）：105⁃107.

[3] 孟伟茂.某大型商业建筑暖通空调节能优化设计[J].建筑热能通风空调，2015，34（6）：98⁃100.

[4] VAKILOROAYA V， SAMALI B， FAKHAR A， et al. A review of different strategies for HVAC energy saving [J]. Energy conversion & management， 2014， 77（1）： 738⁃754.

[5] 杨柳，侯立强，李红莲，等.空调办公建筑能耗预测回归模型[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2015，47（5）：707⁃711.

[6] 倪斌.云计算系统中能量有效的数据摆放算法和节点调度策略[J].现代电子技术，2015，38（9）：80⁃82.

[7] 孙金华，周雄，余昆.楼宇空调节能控制研究与仿真[J].华东电力，2014，42（5）：982⁃985.

[8] 胡帅，方康玲，何鹏.中央空调分区模型控制策略研究[J].计算机仿真，2015，32（3）：268⁃271.

[9] HOMOD R Z， SAHARI K S M， ALMURIB H A F. Energy saving by integrated control of natural ventilation and HVAC systems using model guide for comparison [J]. Renewable energy， 2014， 71（11）： 639⁃650.

[10] 王丽娟，刘艳峰，刘加平.风速对人体散热特性影响的实验研究[J].西安工程大学学报，2015，29（5）：567⁃572.