Quản lý hiệu quả hệ thống HVAC thông qua điều phối hoạt động của các đơn vị làm lạnh song song: Cách tiếp cận điều khiển dự đoán kinh tế
Efficient management of HVAC systems through coordinated operation of parallel chiller units: An economic predictive control approach
| Tác giả | J.A. Borja-Conde J.M. Nadales J.G. Ordonez F. Fele D. Limon |
| Ngày đăng tải | 03/01/2024 |
| DOI | https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2023.113879 |
| Nguồn bài nghiên cứu | Science Direct |
| Từ khóa | Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) Trình tự điều khiển chiller Hiệu quả năng lượng Quản lý tòa nhà Hệ thống nhúng Phương pháp gradient |
1 – GIỚI THIỆU
Các nghiên cứu gần đây tiết lộ rằng các tòa nhà dân cư và thương mại chịu trách nhiệm lên tới 40% tổng năng lượng tiêu thụ tại các quốc gia phát triển. Đặc biệt, hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) chiếm khoảng 50% lượng năng lượng tiêu thụ trong các tòa nhà. Để nâng cao hiệu quả năng lượng mà không ảnh hưởng đến chất lượng không khí trong nhà và sự thoải mái, bài viết này đề xuất chiến lược điều khiển dự đoán kinh tế để tối ưu hóa hoạt động của các hệ thống HVAC đa chiller theo tiêu chí kinh tế, bao gồm tiêu thụ năng lượng và chỉ số thoải mái nhiệt. Bằng cách tính toán hoặc ước lượng gradient của hàm chi phí kinh tế, bộ điều khiển chỉ cần giải một bài toán lập trình bậc hai (QP) trong mỗi chu kỳ mẫu, giảm yêu cầu tính toán và dễ dàng triển khai trên các nền tảng quản lý HVAC nhúng thương mại. Bộ điều khiển đề xuất cải thiện hiệu quả kinh tế và đạt được trình tự tối ưu trong các hệ thống HVAC đa chiller, thích ứng với các biến đổi trong tiêu chí kinh tế.
2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG
Hệ thống làm lạnh trung tâm gồm các đơn vị chiller hoạt động song song, mục đích là điều chỉnh nhiệt độ của hệ thống phụ, tức là tòa nhà với nhiều phòng. Hệ thống chính gồm các đơn vị chiller làm lạnh nước trong một hệ thống làm lạnh lưu lượng không đổi. Lưu lượng nước tổng không đổi trước khi được chia và phân phối qua các đơn vị chiller, sau đó hỗn hợp các lưu lượng này tạo ra lưu lượng nước tổng tại một nhiệt độ mới. Mỗi phòng có một đơn vị cuộn quạt để điều hòa nhiệt độ.
3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sử dụng mô hình dự đoán kinh tế dựa trên lập trình bậc hai (QP) để tối ưu hóa việc quản lý các hệ thống HVAC đa chiller. Mô hình này bao gồm các tham số kinh tế như chi phí điện năng và chỉ số thoải mái nhiệt. Phương pháp được kiểm nghiệm bằng cách sử dụng mô hình mô phỏng TRNSYS của một tòa nhà thực tế.
4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Bộ điều khiển đề xuất cho thấy hiệu quả hơn các bộ điều khiển kinh tế QP hiện tại trong việc giảm tiêu thụ năng lượng lên đến 5,19%, phù hợp với mục tiêu giảm 7,9% vào năm 2030 trong gói “Fit for 55” của EU Green Deal. Bộ điều khiển cũng thích ứng với các biến đổi trong giá điện và sở thích người dùng, đảm bảo sự thoải mái nhiệt trong khi tối ưu hóa chi phí năng lượng.
5 – KẾT LUẬN
Bài nghiên cứu chứng minh rằng chiến lược điều khiển dự đoán kinh tế dựa trên lập trình bậc hai có thể cải thiện hiệu quả năng lượng và tối ưu hóa chi phí kinh tế của hệ thống HVAC đa chiller. Bộ điều khiển thích ứng với các biến đổi trong tiêu chí kinh tế, đáp ứng các yêu cầu thay đổi của người dùng và giá điện. Phương pháp này cung cấp một giải pháp khả thi cho các hệ thống quản lý HVAC thương mại hiện nay.
