12月22日,中国节能协会通过线上会议方式组织召开了科技成果评价会,对由美的楼宇科技完成的“高效机房多智能体分布式控制系统与虚拟调试平台技术研究与应用”项目和由美的楼宇科技、上海交通大学合作完成的“多联式空调系统高可靠虚拟传感器关键技术与应用”项目进行了科技成果评价。
本次科技成果评价会的评价委员会由西安交通大学院士何雅玲、清华大学教授石文星、中国节能协会秘书长宋忠奎、北京建筑大学教授李德英、华中科技大学教授徐新华、机械科学研究总院高工马炳权、中国建筑科学研究院教授级高工路宾共7位专家组成。
评价委员会听取了技术研发报告,审查了相关资料,并线上观看了技术展示视频,经严谨、全面、深入的质询和讨论,一致认为,“高效机房多智能体分布式控制系统与虚拟调试平台技术研究与应用”项目技术具有自主知识产权,整体达到国际领先水平;“多联式空调系统高可靠虚拟传感器关键技术与应用”项目拥有自主知识产权,在多联机传感器数字孪生技术方面达到国际领先水平。
高效机房多智能体分布式控制系统
与虚拟调试平台技术研究与应用
现有普通机房通常采用分散招采和建造模式,存在中间环节多、责任不明确、管理难度大等诸多工程问题,特别是在设计、设备、配电、控制、安装、调试等环节。这进一步带来机房系统能效低、控制系统不完善、施工调试周期长、标准化程度低等痛点。
针对普通机房存在的种种弊端,美的楼宇科技进行了高效机房多智能体分布式控制系统与虚拟调试平台技术研究,从标准化的暖通机房设计,标准化的自控系统设计,标准化的软件、调试、运维等三个维度,打通高效机房标准化工程产品全链路,大幅提升机房年COP,降低能耗及运维成本,缩短建设调试周期,提高平台通用化程度。该技术的主要创新点如下:
多智能体分布式节能控制系统架构
提出高效机房标准化技术路径,创新性构建了一种多智能体分布式节能控制系统架构,研制了高效制冷机房的自组织模组控制单元和协同控制单元,控制系统灵活性高、算法自动适配、鲁棒性(robustness)强。
1)更标准
标准化系统架构、控制程序,使机房可快速成型和部署,缩短建设周期,节约项目时间、人力和运维成本。
2)更简易
各模组控制柜自带封装节能算法,可以在现场接线后实现快速就地节能控制,做到0编程、免调试。
3)更稳定
各个模组互不干涉,独立控制,即使部分设备出现故障甚至指挥官系统故障时,整个系统仍可维持正常稳定运行。
节能控制算法及自组织协调控制算法
研发了高效机房的通用化、可拓展的节能控制算法及自组织协调控制算法,基于零代码图形化编程技术实现了多智能体分布式节能控制算法及协调控制算法的模块化封装,显著提升了高效机房场景控制系统程序的部署水平和工程实施效率。
云边协同高效机房虚拟调试平台
开发了高效机房系统各部件的半机理混合模型、复杂流体网络变体模型自动生成技术与通用计算引擎技术,基于此首创了云边协同高效机房虚拟调试平台,进一步融合通用仿真工装以及设备通讯程序,实现了端到端的快速虚拟调试应用。
云边协同高效机房虚拟调试平台
该科技成果具有自主知识产权,获授权发明专利14件,参编国家标准1项、行业标准2项。经国家空调设备质量监督检验中心检测,制冷机房应用多智能体分布式节能控制系统均达到高效机房能效标准;工程用户评价多智能体分布式节能控制系统与虚拟调试平台能够有效提高工程实施效率,降低人力成本与调试费用,节能减碳效果显著。
多联式空调系统高可靠虚拟传感器
关键技术与应用
数据显示,多联机市场份额已占到中央空调市场的近50%;而空调运行阶段碳排占全生命周期的97%,多联机系统高可靠节能运行已经成为目前行业发展的重要方向。研究表明,空调能力与负荷匹配运行能减少系统的启停,可降低20%的运行能耗。为了更好地感受识别建筑的负荷变化并快速响应负荷的变化,传感器的数量与可靠性是必不可少的。然而,当前行业存在系统实际运行能效无法感知,建筑空间热特性无法识别,传感器与零部件性能漂移无法预警等难题。
以多联机运行阶段的节能性与可靠性提升为目标,美的楼宇科技提出了多联式空调系统高可靠虚拟传感器关键技术研究,针对能力能效监测、室内负荷识别以及传感器故障停机三大行业难题,提出了虚拟能力能效传感器、虚拟热工特性传感器以及虚拟后备运转传感器的技术方向,并获得了相应的突破。该技术的主要创新点如下:
制冷剂循环流量实时感知技术
发明了基于压缩机性能曲线和中压精准预测的制冷剂循环流量实时感知技术,结合室内侧多工况制冷剂分配模型,形成了多联机虚拟流量及能力传感器,使多联机的全工况制冷(热)能力的在线测量准确度高达90%以上。
制冷工况对比
制热工况对比
多联机能力能效感知效果对比
建筑热工参数辨识模型
提出基于数据驱动与物理模型相结合的建筑热工参数辨识模型,结合多联机虚拟能力传感器,可有效识别不同房间的热工参数,模型预测精度高,实现了空调系统环境感知应用方面的行业突破,为多联机系统适应需求侧响应控制提供了基础条件。
建筑热工热性识别效果对比
多联机传感器数字孪生技术
发明了基于制冷剂循环模型和传感器映射网络的多联机传感器数字孪生技术,形成了多联机12个传感器的虚拟备份,实现了对实体传感器的相互校准且其测量误差小于±10%,实现了实体传感器故障后的数据重构,显著提高了多联机的可靠性。
本项目虚拟后备传感器
本项目共获得授权国家发明专利12项、PTC授权专利2项,研发团体标准3项。该项目技术已完全应用于美的MDV8系列机型,同时也能应用到普通热泵、单元机等中央空调系统中;搭载该技术的产品已广泛应用于办公楼、酒店及节能改造项目中,用户反映良好。在社会效益方面,一方面该技术所识别到的设备与建筑的特征参数,可以为未来的建筑数字孪生平台提供技术支撑,为建筑智能化的发展作出一定的贡献;另一方面,该技术可实现系统与负荷的精准匹配控制,按每年销售10万台22HP(61600W)的多联机计算,每年可节约6.8亿度电,相当于减少CO₂排放64.8万吨,为我国“双碳”目标达成提供了必要支撑。
评价委员会对两项科技成果的技术创新性及研究价值给予了高度肯定,认为两项技术的经济、社会效益显著,应用前景广阔,一致同意通过科技成果评价,并建议加大推广力度,适用市场需求。
未来,美的楼宇科技将继续秉承绿色低碳的发展理念,不断提高技术创新能力,以科技赋能智慧建筑,与行业携手助力我国碳中和目标的实现。