試論商用中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)節(jié)能問(wèn)題

摘 要：對(duì)于商用中央空調(diào)而言，其能耗較高，整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度較高，如果采用傳統(tǒng)的控制技術(shù)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能，采用智能控制已經(jīng)成為其發(fā)展趨勢(shì)。文章首先對(duì)我國(guó)商用中央空調(diào)的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，總結(jié)了當(dāng)前存在的主要問(wèn)題，并有針對(duì)性的給出了相應(yīng)的對(duì)策；隨后針對(duì)智能化節(jié)能系統(tǒng)介紹了幾種節(jié)能技術(shù)。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；智能化；變頻節(jié)能；存在問(wèn)題

引言

在我國(guó)，商用大廈在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的能源消耗占據(jù)了整個(gè)能耗的56%，水泵耗電量為24%。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了保證商用建筑制冷和制熱的最優(yōu)效果，一般是按照最大值來(lái)選擇制冷機(jī)組、水循環(huán)系統(tǒng)以及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等等；但在實(shí)際中，制冷和制熱的需要是依據(jù)外界環(huán)境的變化而不斷變化的，傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)中的電機(jī)都是固定在額定功率下運(yùn)行，無(wú)法隨著外界環(huán)境溫度的需要進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，造成了大量的能源浪費(fèi)，因此，研究智能化控制系統(tǒng)十分必要。

1 控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

在傳統(tǒng)中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的，這對(duì)于控制溫度、通風(fēng)量以及供水壓力等都十分不利；設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮的是系統(tǒng)控制溫度、通風(fēng)量以及水壓等目的，如：設(shè)計(jì)擋板裝置進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)、設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)水壓控制閥門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓力的控制等。傳統(tǒng)的控制方法雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的溫度以及通風(fēng)量控制等目的，但是在節(jié)能降耗上卻是空白。存在的主要問(wèn)題有：（1）無(wú)法依據(jù)環(huán)境負(fù)荷的變化對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者更多的是考慮建筑環(huán)境的最大負(fù)荷，同時(shí)留有30%裕度。對(duì)于商用建筑而言，日常使用的溫度、通風(fēng)量等都不會(huì)實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷，從而造成了較高的余量，導(dǎo)致了能源的浪費(fèi)；（2）使用調(diào)節(jié)閥門(mén)控制水流量存在控制不準(zhǔn)確的問(wèn)題。無(wú)法準(zhǔn)確控制水量和水壓力，會(huì)導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)溫度和水冷量不匹配，與原始設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)，造成大量的電能浪費(fèi)；（3）水泵的頻繁啟停會(huì)使其發(fā)熱縮短使用壽命，甚至燒壞。水泵在開(kāi)啟時(shí)，較大的啟動(dòng)電流會(huì)沖擊電機(jī)，產(chǎn)生電弧，損壞設(shè)備^[1]。

2 智能控制系統(tǒng)節(jié)能對(duì)策

針對(duì)所列的傳統(tǒng)控制方式存在的不足，研究智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)是否存在人進(jìn)行智能識(shí)別，從而對(duì)水泵進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，對(duì)通風(fēng)和制冷系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2.1 建立各類(lèi)系統(tǒng)

為了對(duì)建筑環(huán)境中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要用到精度較高的溫度傳感器以及回風(fēng)監(jiān)測(cè)裝置；將采集的室內(nèi)溫度傳送給中央控制器，該控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)。為了對(duì)建筑中是否有人進(jìn)行識(shí)別，要用到紅外傳感器，該傳感器將相關(guān)信息傳遞給中央控制器，該控制器將會(huì)停止無(wú)人房間的溫濕度和通風(fēng)量，并且還能夠保證有人房間的溫濕度以及通風(fēng)量^[2]。

2.2 建立控制系統(tǒng)

在智能控制系統(tǒng)中，控制方式采用的是以溫差為主的方式，它在保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行前提下不需要在各個(gè)支路中添加調(diào)節(jié)閥門(mén)；對(duì)水壓和水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)是在水泵中進(jìn)行的，它按照預(yù)先的比例進(jìn)行分配，由于商用建筑中各個(gè)房間的負(fù)荷工況是類(lèi)似的，適宜于采用預(yù)先流量分配法。對(duì)冷凍系統(tǒng)最省流量進(jìn)行計(jì)算，設(shè)定水泵的轉(zhuǎn)速為最小值。

2.3 選擇控制方式

在水系統(tǒng)中，應(yīng)該建立變頻調(diào)速控制方案，包括：以壓差為主的控制方案和以溫差為主的控制方案^[3]。對(duì)于前者而言，它依據(jù)制冷機(jī)中的出水壓力和回水壓力的差值保證樓層冷凍水具有恒定壓力。當(dāng)壓力差在下限值以下，說(shuō)明系統(tǒng)的負(fù)荷較小，應(yīng)該相應(yīng)的提高壓差；當(dāng)壓力差高于上限值時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)的負(fù)荷較大，需要適當(dāng)增加水泵的轉(zhuǎn)速。對(duì)于以溫差為主的控制方案來(lái)說(shuō)，它依據(jù)制冷主機(jī)的回水溫度和出水溫度，對(duì)各樓層的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)：當(dāng)溫差較小時(shí)，說(shuō)明負(fù)荷較小，應(yīng)該將水泵的轉(zhuǎn)速降低；當(dāng)溫差較大時(shí)，壽命負(fù)荷較大，應(yīng)該提高水泵的轉(zhuǎn)速，降低溫差。這種控制方式最大化的利用了能源，達(dá)到了節(jié)能的目的。

3 節(jié)能系統(tǒng)控制技術(shù)

3.1 模糊控制

在智能控制技術(shù)中，模糊控制系統(tǒng)是一個(gè)重要的分支，其基礎(chǔ)為：模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯的規(guī)則推理；結(jié)合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成一種數(shù)字控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在具有控制作用的反饋通道閉環(huán)結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的制冷領(lǐng)域，模糊控制已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在商用中央空調(diào)的智能控制系統(tǒng)中，模糊控制依靠各個(gè)房間的溫度傳感器得到各自的溫度值，從而計(jì)算出溫度的變化率，然后采用模糊算法控制中央空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，從而控制變頻壓縮機(jī)和風(fēng)扇等的轉(zhuǎn)速^[4]。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中，模仿的是人類(lèi)大腦中的神經(jīng)系統(tǒng)，建立類(lèi)似與以神經(jīng)細(xì)胞為基礎(chǔ)的模型，其節(jié)點(diǎn)為神經(jīng)元，其活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，最簡(jiǎn)單的處理單元是神經(jīng)元。

采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，在理論上可以實(shí)現(xiàn)與非線性映射的一一對(duì)映，即：無(wú)限逼近非線性映射，從而解決了復(fù)雜和不確定的系統(tǒng)控制問(wèn)題，并且保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性以及容錯(cuò)性。在該網(wǎng)絡(luò)中，有多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境變化的實(shí)時(shí)控制。在中央空調(diào)節(jié)能控制中應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，通過(guò)傳感器得到各個(gè)房間內(nèi)的濕度、溫度、人數(shù)等信息，并輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，通過(guò)相關(guān)程序計(jì)算出人體的舒適度值，通過(guò)反饋控制實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制^[5]。

3.3 控制技術(shù)優(yōu)化選擇

如今，對(duì)商用中央空調(diào)的控制不再是機(jī)械式的恒溫控制，已經(jīng)步入到以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的智能控制階段。作為一個(gè)變量多、復(fù)雜程度高、時(shí)間變化大的系統(tǒng)，該系統(tǒng)中各項(xiàng)因素之間的關(guān)系十分復(fù)雜，存在嚴(yán)重的非線性和強(qiáng)耦合關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊控制在解決這類(lèi)問(wèn)題時(shí)具有明顯的優(yōu)越性。其中，前者的主要優(yōu)點(diǎn)在于：它具有自適應(yīng)功能，但該優(yōu)點(diǎn)也正是它的一個(gè)不足之處，這是因?yàn)椋趯?zhuān)家系統(tǒng)中得出的規(guī)則無(wú)法直接在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。相比之下，模糊控制系統(tǒng)則是由專(zhuān)家系統(tǒng)直接提供規(guī)則，這些規(guī)則填充于規(guī)則矩陣中，在這一點(diǎn)上，它要比訓(xùn)練一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單得多；但是模糊控制也存在弊端，模糊控制的自適應(yīng)能力較差。結(jié)合上文分析，聯(lián)想到將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制相結(jié)合，共同應(yīng)用于中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制對(duì)采集到的溫度、濕度以及人數(shù)等參數(shù)進(jìn)行處理，得到人體的舒適度值；采用模糊控制將人體的舒適度值控制在最佳值附近，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的智能化控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能化節(jié)能系統(tǒng)在跟蹤晝夜變化、房間溫濕度、人數(shù)變化等方面實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)工作狀態(tài)的合理控制。首先對(duì)我國(guó)商用中央空調(diào)的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，總結(jié)了當(dāng)前存在的主要問(wèn)題，并有針對(duì)性的給出了相應(yīng)的對(duì)策；隨后針對(duì)智能化節(jié)能系統(tǒng)介紹了幾種節(jié)能技術(shù)。總而言之，只有采用正確合理的節(jié)能系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)的節(jié)能，這對(duì)于國(guó)家來(lái)說(shuō)，也同樣具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]趙彬.中央空調(diào)變頻節(jié)能的應(yīng)用及展望[J].福建能源開(kāi)發(fā)與節(jié)約，2011（1）：25-27.

[2]孟華，龍惟定，王盛衛(wèi).中央空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化控制研究的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2009（3）：29-32.

[3]洪善祥.變頻控制技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].能源工程，2010（2）：42-43.

[4]薛志峰.商業(yè)建筑節(jié)能技術(shù)與市場(chǎng)分析[J].清華暖通空調(diào)網(wǎng)，2011（12）：89-90.

[5]韓寶琦，李樹(shù)林.制冷空調(diào)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2008：245-246.