Đang tải... (xem toàn văn)
Trang 1 NGUYỄN NHẬT ANHBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--- NGUYỄN NHẬT ANHĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNGĐIỀU KHIỂNĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH VẬT LÝ CỦA TÕA NHÀ SỬ DỤNG TRONG BÀI TOÁ
Mẫu 1a MẪU BÌA LUẬN VĂN CĨ IN CHỮ NHŨ VÀNG Khổ 210 x 297 mm NGUYỄN NHẬT ANH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN NHẬT ANH ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH VẬT LÝ CỦA TÕA NHÀ SỬ DỤNG TRONG BÀI TỐN TỐI ƯU HĨA SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG TÒA NHÀ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CLC2016A HÀ NỘI - NĂM 2016 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113941541000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Nhật Anh ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH VẬT LÝ CỦA TÕA NHÀ SỬ DỤNG TRONG BÀI TỐN TỐI ƯU HĨA SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG TÕA NHÀ Chuyên ngành : Đo lường hệ thống điều khiển LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đo lường hệ thống điều khiển NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Lê Minh Hồng Hà Nội – Năm 2016 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực nghiên cứu Viện MICA với giúp đỡ thầy giáo hƣớng dẫn thầy cơ, tơi hồn thành đƣợc đề tài đƣợc giao Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Lê Minh Hồng, thầy tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ luôn hỗ trợ suốt thời gian thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo làm việc Viện Điện, Bộ môn Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp Viện nghiên cứu MICA tạo điều kiện giúp đỡ để tơi hồn thành đề tài Cuối cùng, xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tơi ln động viên, ủng hộ suốt thời gian làm đề tài vừa qua Học viên Nguyễn Nhật Anh Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn đƣợc cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc ghi rõ nguồn gốc Nếu có sai sót, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả Nguyễn Nhật Anh Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ VẤN ĐỀ TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG CỦA TÒA NHÀ .10 Mô hình hệ thống Tối ƣu hóa lƣợng 10 Mục đích nghiên cứu 12 Đối tƣợng nghiên cứu 13 3.1 Đối tƣợng mẫu 13 3.2 Hệ thống điều hòa trung tâm CMV 16 3.3 Hệ thống thu thập liệu đề tài .17 3.4 Mạng cảm biến nhiệt độ .18 Kết luận .19 CHƢƠNG II: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHIỆT CỦA TÒA NHÀ .20 Tổng quan phƣơng pháp xây dựng mơ hình nhiệt tòa nhà .20 Nhận dạng hộp đen: ARX, ARMAX 22 Mơ hình tƣơng tự dịng nhiệt dịng điện (Mơ hình mạch điện tƣơng đƣơng) 25 3.1 Xây dựng mơ hình nhiệt đối tƣợng nghiên cứu 26 3.2 Tính tốn giá trị mơ hình 28 3.2.1 Tính tốn giá trị mơ hình dựa đặc tính vật lý 28 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng 3.2.2 Hệ thống trao đổi nhiệt thông qua CMV 30 3.2.3 Xác định giá trị khởi tạo tham số: 31 3.3 Hiệu chỉnh tham số sử dụng toán tối ƣu phi tuyến 32 3.4 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp sử dụng mạch điện tƣơng đƣơng 35 Kết luận .36 CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH NHIỆT CỦA TỊA NHÀ .37 Mục đích đánh giá yếu tố đƣợc đánh giá mơ hình nhiệt 37 Phân tích thời gian đáp ứng mơ hình 38 Đánh giá ảnh hƣởng sở liệu đầu vào 41 3.1 Tiền xử lý liệu đầu vào 41 3.2 Phân tích phổ liệu 45 Đánh giá ảnh hƣởng giá trị khởi tạo biên độ hiệu chỉnh tham số toán tối ƣu phi tuyến 47 4.1 Phân tích ảnh hƣởng giá trị khởi tạo 47 4.2 Xác định biên độ hiệu chỉnh tối ƣu .49 4.3 Đánh giá ảnh hƣởng biên độ hiệu chỉnh đến hội tụ toán tối ƣu 52 Đánh giá mơ hình nhiệt thu đƣợc sử dụng hàm bù trọng số 54 Kết luận .58 KẾT LUẬN 59 Kết luận .59 Hƣớng phát triển đề tài 60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 BẢNG PHỤ LỤC 62 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống tối ưu hóa lượng 10 Hình 1.2 Vị trí phịng mẫu tịa nhà .14 Hình 1.3 Sơ đồ tổng quan vị trí vùng nhiệt tòa nhà 14 Hình 1.4 Sơ đồ chi tiết phịng học cảm biến 15 Hình 1.5 Hệ thống trao đổi khơng khí điều khiển nhiệt độ phịng CMV 16 Hình 1.6 Sơ đồ mạng điện thiết bị cảm biến phịng .17 Hình 1.7 Kết đo lường từ hệ thống cảm biến nhiệt độ Oregon Scientific .18 Hình 1.8 Hệ thống cảm biến giám sát chế độ hoạt động CMV 19 Hình 2.1 So sánh giá trị đo lường thực tế tính tốn mơ hình ARX 24 Hình 2.2 Mơ hình mạch điện tương đương tòa nhà 27 Hình 2.3 Các chế độ hoạt động CMV 31 Hình 2.4 Mơ hình chuyển đổi nhiệt 31 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý tối ưu hóa tham số mơ hình nhiệt sử dụng fmincon 32 Hình 2.6 Kết mơ mơ hình nhiệt thu 34 Hình 2.7 Sai số kết thu từ mơ hình nhiệt kết đo .35 Hình 3.1 Mơ hình tính tốn thời gian phản hồi hệ thống 38 Hình 3.2 Kiểm tra số thời gian hệ thống 39 Hình 3.3 Thời gian phản ứng hệ thống tương ứng theo ngày .39 Hình 3.4 Ví dụ việc thiếu hụt liệu cảm biến nhiệt độ 41 Hình 3.5 Kết hiệu chỉnh theo phương pháp độ trễ bước 42 Hình 3.6 So sánh phương pháp nội suy 43 Hình 3.7 So sánh sai số đo lường nội suy phương pháp 44 Hình 3.8 So sánh chênh lệch phương pháp nội suy 44 Hình 3.9 Các giá trị thiếu hụt bổ sung vào khoảng giá trị đo lường có sẵn 45 Hình 3.10 Đồ thị giá trị nhiệt độ miền tần số .46 Hình 3.11 Phân tích giá trị nhiệt độ miền thời gian tần số .46 Hình 3.12 Đồ thị giá trị lượng miền tần số 47 Hình 3.13 Độ hội tụ tham số sau hiệu chỉnh .48 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Hình 3.14 Tính tốn sai số nhiệt độ lượng với liệu ngày 50 Hình 3.15 Tính tốn sai số nhiệt độ lượng với liệu 18 ngày 51 Hình 3.16 Giá trị tối ưu độ hội tụ giá trị đầu với λ= 10 52 Hình 3.17 Giá trị tối ưu độ hội tụ giá trị đầu với λ= 10, 100,300 53 Hình 3.18 Hàm bù trọng số sai số 55 Hình 3.19 Mơ hình tốn học hàm bù trọng số .56 Hình 3.20 Giá trị sai số lượng qua 20 lần thí nghiệm 56 Hình 3.21 Phân tích sai số bất thường hệ thống 57 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Kết tính tốn tham số dựa mơ hình ARX 24 Bảng 2.2 Kết tham số sau hiệu chỉnh 34 Bảng 3.1 Bảng phương pháp ước lượng liệu 42 Bảng 3.2 Các thuật tốn tính chât tương ứng 43 Bảng 3.3 Các giá trị khởi tạo sau tối ưu 49 Bảng 3.4 Sai số sau hiệu chỉnh 51 Bảng 3.5 Bảng kết tham số sau tối ưu .52 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mô hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng MỞ ĐẦU Trong kỷ 21, lƣợng vấn đề lớn mà giới cần phải đối mặt Khi kinh tế ngày phát triển, số lƣợng tòa nhà thƣơng mại, văn phòng, trƣờng học… ngày tăng, kéo theo hàng loạt khó khăn nguồn cung lƣợng dành cho tòa nhà phát sinh từ nhu cầu tiêu thụ lƣợng lớn Việc đặt toán giảm thiểu lƣợng tiêu thụ tòa nhà Tối ƣu lƣợng hoạt động tòa nhà mục tiêu cao nghiên cứu khoa học đề tài Nghiên cứu mơ hình vật lý tịa nhà với tiêu thụ lƣợng đặc trƣng hỗ trợ nhiều việc mô lại q trình trao đổi nhiệt tịa nhà với mơi trƣờng, lƣu thơng gió nhiệt độ tịa nhà, từ tìm phƣơng án tối ƣu cho việc sử dụng điện tiêu thụ nhƣ chi phí phát sinh Trong thời gian học tập trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tham gia vào q trình nghiên cứu Viện MICA, tơi đƣợc tiếp xúc với mơ hình vật lý tƣơng ứng với điều kiện lƣợng tịa nhà Vì lý đó, đƣợc hƣớng dẫn thầy mơn, tơi định tìm hiểu đề tài:“Đánh giá mơ hình vật lý tịa nhà sử dụng tốn tối ưu hóa sử dụng lượng tịa nhà” Với mục tiêu tìm hiểu mơ hình phục vụ cho việc mơ tìm kiếm phƣơng án điều khiển phù hợp, đề tài cố gắng đƣa mơ hình giản lƣợc tập trung vào số yếu tố nhằm giảm bớt phức tạp tốn Dựa mơ hình nhà mẫu có sẵn, đề tài đƣa mơ hình nhiệt tịa nhà theo ngun tắc mạch điện tƣơng đƣơng, nhằm tăng thêm độ xác cho mơ hình, đề tài đƣa phƣơng pháp đánh giá để áp dụng vào thực tế cách phù hợp Khi có mơ hình tƣơng đối phù hợp với mơ hình mẫu thực tế, việc áp dụng vào mơ hình khác dễ dàng hơn, giúp đỡ ngƣời nghiên cứu mô lại đối tƣợng khác mà cần biết số cấu tạo vật lý Nguyễn Nhật Anh CAC16044