摘要：以集中冷热源系统为研究对象，基于系统负荷预测与末端负荷及供能特性适配的变水温模型在系统级层面提出了节能模型。其中系统负荷预测采用动量BP神经网络（MOBP）与遗忘因子模型相结合的方法；以当前室外干球温度、前一天同时刻负荷、前一天同时刻室外干球温度、当前时刻太阳总辐射强度和当前时刻相对湿度为神经网络输入特征变量，以当前时刻负荷为输出变量建立双隐层神经网络，并加入了时序偏差修正，预测精度显著提升。变水温模型则基于适配预测负荷与末端特性的方法建立动态模型，基于实测数据，辨识了新风末端及辐射末端特性参数，进一步计算出动态水温参数，并作为冷热源系统供能设定参数，该优化模型在实际项目中进行了实践应用，负荷预测时序特性与统计特性与实际供热负荷相一致，项目同比节能量达38.8%。

　　关键词：冷热源；系统节能；模型研究；负荷预测；变水温模型

　　0引言

　　在“双碳”背景下，建筑运行能耗成为了行业关注的焦点，空调系统能耗在建筑运行能耗中占比大，其中冷热源能耗占比可达40%~70%。因此冷热源机房高效运行，对于促进“双碳”目标达成，意义重大。冷热源系统能耗构成中，主机与水泵能耗占绝大比例，可达80%以上。供给负荷的精准预测与供给水温的精准匹配对实现冷热源系统节能至关重要，国内外学者对此进行了大量研究。

　　负荷预测方面，分为正演模拟方法与数据驱动方法两个方向[1]。正演模拟预测方面，孙悦等[2]采用Energy⁃plus对上海某办公楼空调负荷进行了模拟仿真，并提出了运行优化策略，预测节能量达到11.32%。潘毅群等[3]

　　利用Energyplus软件针对上海和哈尔滨两个城市，对办公建筑和酒店建立了典型模型，通过负荷及能耗模拟得到多种技术情景下的能耗强度，并进行了碳排量测算，多种节能措施综合应用下酒店运行阶段减碳近25%，办公运行阶段减碳近19%。邵华厦等[4]利用Energyplus软件建立了我国5个气候区典型城市的数据机房计算模型，并进行了全年空调负荷及耗电量的模拟测算。

　　数据驱动预测方面，杨熊等[5]提出了一种改进的PSO-BP神经网络算法用于预测大型公共建筑冷负荷，相对于传统PSO-BP神经网络全输入变量预测算法，该模型预测结果精度更高、收敛速度更快。张国华等[6]基于时序回归与修正提出了一种动态负荷预测方法。肖紫薇等[7]提出了一种长短期记忆网络（LSTM）的短期空调冷负荷预测模型，仅采用历史负荷数据预测未来1 d的逐时冷负荷，结果表明与传统的BP神经网络模型相比，预测精度更高。魏文罡等[8]以北方寒冷地区某枢纽机场航站楼为例，利用历史运行数据，基于负荷理论建立了多因子供冷负荷预测模型，定量刻画了供冷负荷影响因素，为合理供冷、营造舒适室内环境提供了关键方法。

　　在供给水温研究方面，王伟良等[9]以风机盘管为例，针对定流量和变流量两种工况，对传热系统的影响印度进行了分析，得出了冬季不同供水温度所能匹配的最大冬季室内热负荷，为响应空调系统设计及冷热源选型提供理论依据。Thu等[10]通过实验研究表明，冷冻供水温度，每提高1℃,冷水机组COP提升约3.5%，制冷量提高4%。Braun、Gidwani、Kaya、Zhu等[11-15]对空调系统变冷冻水温的控制方法进行了研究。Cheng等[16-18]针对多台冷水机组并联运行时的冷冻水温优化方法进行了研究。

　　目前针对于负荷预测与水温-温差方面的研究相对独立，实现冷热源系统节能亟需建立一套涵盖动态负荷预测与供水水温-温差条件的理论模型。本文提出一种基于数据驱动的负荷预测与负荷适配的变水温条件相结合的节能模型。首先根据实际运行数据基于BP神经网络建立负荷预测模型，进一步以冷热源系统节能为目标，根据负荷需求结合末端特性建立动态水温供给模型。并将该理论模型在无锡某项目中进行了实践应用，节能效果显著。

　　1研究方法

　　目前采用神经网络的预测技术中，应用最为广泛的为BP神经网络，本文采用的动量BP算法，网络包括输入层、双隐含层和输出层，相邻层之间采用全连接（Dense）的方式。

　　首先对历史实测负荷数据进行负荷分析，包括负荷的时序特性及统计特性，进一步选取负荷相关因素，进行负荷的相关性分析。根据相关性分析结果，确定神经网络模型输入特征参数，进一步构建负荷预测神经网络，根据实时采集的输入特征参数，输出神经网络预测负荷。进一步根据实时测试负荷数据构建遗忘因子模型，并基于遗忘因子模型对神经网络预测负荷进行修正输出。整体负荷预测模型如图1所示，以下对相关理论进行展开阐述。

　　在负荷预测基础上，结合末端特性，进行供水温度动态求解。需求系统末端的变水温条件下的供冷供热特性，与末端类型相关度极大。按照换热机理，末端分为对流型末端与辐射型末端。对于对流型末端本文聚焦风机盘管，根据现有研究对于空调箱换热可采用风机盘管模型[19]；对于辐射型末端，聚焦顶部辐射末端。鉴于供冷及供热工况换热机理不同，根据现有研究建立模型[20-22]。