摘要
本研究針對住宅輻射冷暖空調(diào)系統(tǒng)的溶液調(diào)濕新風(fēng)機組，構(gòu)建分區(qū)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型實現(xiàn)冷濕負(fù)荷精準(zhǔn)預(yù)測，并結(jié)合潛能蓄能與分時電價制定優(yōu)化控制策略。通過熱感區(qū)域劃分提升預(yù)測精度，濕/冷負(fù)荷預(yù)測均方根誤差變異系數(shù)分別達8.72%和9.98%；優(yōu)化策略使空調(diào)季運行能耗與費用降低27.2%和29.2%，為住宅獨立新風(fēng)系統(tǒng)運行提供理論支撐。
關(guān)鍵詞
負(fù)荷預(yù)測；新風(fēng)系統(tǒng)；分區(qū)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；溶液調(diào)濕；蓄熱優(yōu)化
1. 研究背景與意義
建筑能耗占全球能源消費的40%，其中暖通空調(diào)系統(tǒng)占比超50%。輻射冷暖+新風(fēng)系統(tǒng)作為高效舒適的住宅空調(diào)方案，因新風(fēng)能耗高（占系統(tǒng)總能耗42%）且運行策略不成熟，存在顯著優(yōu)化空間。溶液調(diào)濕機組雖能全年高效除濕，但實際運行中部分負(fù)荷能效低于額定值30%-40%，亟需通過負(fù)荷預(yù)測與運行優(yōu)化提升系統(tǒng)性能。
2. 研究對象與方法
2.1 系統(tǒng)架構(gòu)
以蘇州某住宅小區(qū)為例，系統(tǒng)采用地源熱泵+溶液調(diào)濕機組，末端為輻射毛細(xì)管+風(fēng)機盤管。新風(fēng)處理流程為：預(yù)冷（地源熱泵）→溶液調(diào)濕（承擔(dān)全潛熱+部分顯熱負(fù)荷）。監(jiān)測數(shù)據(jù)涵蓋2019-2020年室外氣象、送風(fēng)參數(shù)及能耗數(shù)據(jù)。
2.2 負(fù)荷預(yù)測模型
- 輸入?yún)?shù)：室外溫濕度、分區(qū)室內(nèi)溫度、時間；
- 輸出參數(shù)：濕負(fù)荷（溶液除濕量）、冷負(fù)荷（制冷量）；
- 模型創(chuàng)新：按朝向/樓層劃分1-4個熱區(qū)，對比分析分區(qū)對預(yù)測精度的影響。
- 訓(xùn)練設(shè)置：單隱藏層（12神經(jīng)元）、學(xué)習(xí)率0.3、歸一化處理，以MSE為損失函數(shù)。
3. 關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)
3.1 負(fù)荷預(yù)測精度提升
- 分區(qū)模型顯著優(yōu)于整體模型：4分區(qū)ANN3的濕/冷負(fù)荷CV-RMSE較未分區(qū)ANN1降低14.27%/14.61%（圖7-8）；
- 濕負(fù)荷預(yù)測精度高于冷負(fù)荷，因新風(fēng)系統(tǒng)以除濕為主導(dǎo)，負(fù)荷波動更穩(wěn)定。
3.2 運行優(yōu)化策略
- 潛能蓄能機制：谷電時段儲存濃溶液除濕能力，峰電時段釋放；
- 分時電價響應(yīng)：優(yōu)先在低電價時段蓄能，高電價時段釋能；
- 能效閾值控制：當(dāng)機組COP低于閾值時啟用蓄能，否則直接運行。
3.3 優(yōu)化效果
- 空調(diào)季能耗降低27.2%，費用減少29.2%（表5）；
- 濕負(fù)荷峰值削減率達18.7%，儲液罐擴容可進一步提升節(jié)能潛力。
4. 理論貢獻與實踐價值
- 方法創(chuàng)新：首次將熱感區(qū)域劃分引入住宅新風(fēng)負(fù)荷預(yù)測，量化分區(qū)對精度的影響；
- 技術(shù)突破：提出溶液機組潛能蓄能方法，解決傳統(tǒng)蓄能體積大、損耗高的難題；
- 實踐指導(dǎo)：建立負(fù)荷-能效動態(tài)模型，為分時電價下系統(tǒng)調(diào)控提供決策依據(jù)。
結(jié)論
本研究通過分區(qū)ANN模型實現(xiàn)冷濕負(fù)荷精準(zhǔn)預(yù)測（CV-RMSE<10%），結(jié)合潛能蓄能與分時電價優(yōu)化策略，顯著降低住宅新風(fēng)系統(tǒng)能耗與成本。研究成果為夏熱冬冷地區(qū)輻射空調(diào)系統(tǒng)的高效運行提供技術(shù)路徑，對推動建筑能源系統(tǒng)靈活化發(fā)展具有重要意義。
參考資料：
