中央空調的數據分析與動態可視化

陳天航 海小娟 王濤 楊嘉一

摘要：為了使中央空調的機械性能更為強大環保，分析中央空調相關數據資料，挖掘數據變化規律并研究空調冷卻負載情況、系統效率、耗電量與可控制變量和不可控制變量之間的關系，進行數據可視化體現，從而為中央空調相關性能的優化提供重要依據。

關鍵詞：數據分析;數學建模;數據可視化

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）01-0227-02

1概述

隨著全世界地理環境的變遷及空調設備技術設備的穩步發展，愈來愈多的中大型建筑借助中央空調控制系統來促成室外環境溫度及濕度的調控管理控制。特別是隨著經濟的發展，對“智慧城市”的建設也相繼快速推進，解決如何圍繞智慧城市建設實現中央空調的最大價值，對中央空調系統的性能優化具有重要意義。

本文主要是為了研究中央空調系統的調節機制，對中央空調運行時的數據加以分析，從而找到合適解決方案：

1）對實際數據深入分析和處理，觀察數據資料變化的特點以及客觀規律，研究子系統工作效率、耗電和可控自變量以及不太可控自變量相互之間的互動關系內部結構，并檢驗數學模型的精確性;

2）對于實際數據分析當中獲得的時間、室內外環境溫度、濕度、冷卻負載狀況和設備信息，來調試可控自變量的最優控制策略的解決方案，并獲取相應的系統總耗電量以及系統效率，研究之間的互動關系。

2數據可視化技術與數學建模

數據可視化技術能夠將規模龐大的抽象數據以直觀的視覺方式表現出來，使人們能夠充分利用視覺感知能力去觀察和處理信息，從而發現信息之間的關系以及其中隱藏的模式。本文通過分析中央空調相關數據，主要采用表格、3D餅圖、柱狀圖、折線圖等完成數據的可視化體現。

所謂數學建模，是指將抽象理念具體化的過程，即將學習過程中遇到的抽象概念借助常見的數學符號（公式或圖形）從而使用另一種方式表達出來。將復雜理論簡單化，將難以解決的數學問題通俗化口。表1和表2為本項目的數學建模數據表，由數學建模得出數據變量之間關系的擬合方程：y=48.326-0.179*rh-0.153*drybulb-1.343*Wetbulb-2.246*chwplkw+4.695*chwp2kw+1.104*ch2kw+1.254*chlkw。由于此次擬合的R方為0.989比較接近于1對于方程的擬合程度比較好，故把此方程作為能耗和溫濕度和冷卻效率之間的關系。

3可視化數據處理與分析

（1）數據處理

中央空調控制系統的相關數據中，對數據可靠性的處理采用了MATLAB和SPSS工具（主要包括提取、處理以及存儲1控制系統中所產生的有效數據。Matlab在數據可視化方面擁有良好體現。具有幾何空間圖形的表現能力，可從線型、邊界面、色彩、渲染、光線、視角等方面把數據的特點表現出來，讓數據更具有活力。SPSS即“統計產品與服務解決方案”軟件，突出特性是用戶界面極其友好，易學、易用、易普及，可轉存作為HTML格式及文本格式。

圖1所示的“數據表”數據源于眾多中小型公司的中央空調控制系統，深入分析中央空調數據，進行建模時，可直接從“數據表”中提取數據使用。如圖1所示。

（2）數據分析

中央空調控制系統相關數據提取完畢后，進行有效數據的分析（如子系統工作效率、耗電、時間、室內外環境溫度、濕度、冷卻負載狀況和設備信息等），最后就可使用Highcharts工具（一個用純JavaScript編寫的圖表庫，能夠簡單便捷的在web網站或是web應用程序中添加有交互性的圖表）完成結果可視化的圖形表示。

使用Highcharts制作的中央空調的三個冷卻裝置的平均功率占比3D餅圖，如圖2所示，根據數據資料變化的特點以及客觀規律，體現了冷卻裝置的消耗功率的強弱程度。同樣溫度下，采用2號冷卻裝置消耗的電量最低，如果只采用2號冷卻裝置，會極大降低裝置的使用壽命。因此，一般情況下中央空調大多采用1、2號冷卻裝置，只有在溫差不大的情況下采用第三套裝置。

圖3所示的中央空調一效率和總耗電量隨時間變化的柱狀圖，反映了一天內的耗電量變化曲線，同時也能直觀的反應出效率和總耗電量成正比，體現出耗電量越多效率越高。

圖4所示某地區10月份中央空調總耗電量的范圍圖，對數據每隔一天進行一次統計，記錄了10月每天的耗電量情況，通過對邊最大、最小差值，反映此地區溫差狀況。

圖5所示的是中央空調全國熱力分布區域圖，根據表中數據，通過spss對能耗和其他條件進行擬合，得出方程為：v=48.326-0.179*相對濕度-0.153"干球溫度（室外）-1.343*濕球溫度（室外）-2.246*冷水泵1功率+4.695*冷水泵2功率+1.104*冷卻裝置2功率+1.254*冷卻裝置1功率，利用此方程對全國各個地區進行計算，繪制成中央空調熱力圖。由此得出顏色越深耗電越多，且在中國東部比西部的高。

4結束語

本文主要以中央空調控制系統的相關數據為依據，基于數據可視化的思想，對數據進行分析和挖掘，根據所展現的相關圖表數據，進行空調控制系統的相應優化，提高性能，使中央空調在一定條件下能更好地發揮作用，實現價值最大化。