飞机客舱能耗预测模型及桥载空调控制研究

Bridge load air conditioning replacement“APU” is promoting in the civil aviation airport to achieve the goal of energy saving and emissions reduction and increase the APU life; But due to the energy consumption for aircraft cabin can't accurate estimate, which cause the blindness of the bridge load air condition control; So maximizing energy saving and emission reduction is this topic motivation and starting point. The goal of this research: On the premise of meet the thermal comfort, building energy consumption prediction model of the aircraft cabin ; Complete the optimization of bridge load air condition control; Maximize energy conservation and emissions reduction; Research content(1)Running monitoring platform construction based on the internet of things; This is the data carrier for energy consumption prediction and bridge load air conditioning control information; (2)Energy consumption of aircraft cabin model predicts; This is the core content of the research, and it is the theoretical foundation of the optimal control for bridge load of air condition unit ;(3) Bridge load of air conditioning control research is the basis of energy consumption models predict, and it is the ultimate way of energy conservation and emissions reduction. The increasingly shortage of energy and environmental pollution are more and more heavy today. The research of energy conservation and emissions reduction related problems are imminent. This research is significant for both energy saving and emission reduction theory research and have applied research value.

我国民航领域正在推广采用机场桥载空调替代APU，以达到节能减排和增加APU寿命的目的，但是由于对飞机客舱的能耗不能准确估计，造成桥载空调机组控制的盲目性，很难达到节能减排的最大化。针对上述问题，使节能减排最大化，是本课题的动机和出发点。课题的目标是：在满足热舒适性的前提下，建立飞机客舱的能耗预测模型，进而完成对桥载空调机组的优化控制，实现节能减排最大化。课题主要研究内容：（1）基于物联网架构的桥载空调运行监控平台构建，该问题是能耗预测以及桥载空调控制信息的数据载体（2）飞机客舱能耗模型预测，这是该课题研究的核心内容，是实现桥载空调机组优化控制的理论基础（3）桥载空调的控制研究，这是客舱能耗模型预测的落脚点，也是实现节能减排的最终途径。在能源日趋紧缺以及环境污染越来越重的今天，对节能减排相关问题的研究已经迫在眉睫，本课题的研究对于客舱空调能耗节能减排既有理论研究意义，又具有应用研究价值。

为积极响应国家节能减排的号召，建设绿色机场，各大机场在近机位的登机桥安装了桥载空调。桥载空调是为飞机座舱提供冷气的专用空调设备，为停靠在机场登机廊桥飞机上的乘客和机组人员提供适宜温湿度环境、身体所需的新鲜空气的空调机组。但是由于不能正确评估飞机客舱的能耗需求，以至于造成对桥载空调控制的盲目性，为了实现飞机客舱热舒适性、空气品质以及最大限度的节能减排。本项目建立了飞机客舱的能耗预测模型，进而完成对桥载空调机组的优化控制，主要研究内容有：（1）针对桥载空调运行监控网络存在的网络稳定性、感知数据准确实时性等要求，从MAC层退避策略，数据汇聚方式和路由控制策略几个方面进行研究。（2）采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)技术，通过改变桥载空调的送风速度研究使飞机客舱热舒适性最佳且污染物浓度较低时桥载空调的最佳送风速度。（3）理论分析飞机客舱地面空调系统的能耗构成及能耗预测模型的输入参量。（4）分析飞机地面专用空调系统的组成与工作原理，并基于“分解-协调”原理对空调系统进行了递阶结构分解。现阶段完成主要成果：（1）提出了动态控制的MAC层退避控制方法，基于簇头优选和数据融合的数据汇聚控制方式，依靠博弈计算模型的路由算法等网络控制方法，优化了桥载空调运行监控平台。（2）基于热舒适性指标和空气品质指标，得到了满足客舱热舒适性和空气品质的最佳送风速度。（3）提出了一种神经网络、微粒群和珊瑚礁相结合的预测方法对飞机客舱能耗实时预测。提出了基于支持向量机的飞机客舱能耗非线性组合预测方法来满足预测的准确性和快速性。（4）基于地面桥载空调的民航飞机客舱温度控制问题，采用了基于机理建模以及参数辨识相结合的方法，建立了系统的数学模型，并采用模糊PID进行了仿真控制实验。该研究综合、全面分析影响桥载空调能耗的各种因素，为桥载空调设备的控制提供理论依据，具有重要的理论价值和经济价值。