模糊控制技術在通風空調系統中的節能應用

文/姜博、騫志彥 匯通華城樓宇科技（上海）有限公司 上海 200051

文/潘松 中國石油吉林石化公司 吉林吉林 132000

模糊控制技術在通風空調系統中的節能應用

文/姜博、騫志彥 匯通華城樓宇科技（上海）有限公司 上海 200051

文/潘松 中國石油吉林石化公司 吉林吉林 132000

本文分析了通風空調系統的工作原理，評估并提升通風空調冷源系統的主要能耗設備冷凍主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機等的節能性，以智能模糊控制技術為重要基礎，結合現代計算機技術、變頻調速技術、系統集成技術，滿足末端負荷的需求，實現空調運行參數的優化，最大限度的實現整個空調系統能耗的降低。

智能模糊控制；通風空調冷源系統；負荷預測；節能

1、通風空調負荷分析及工作原理

通風空調系統是酒店、商場、辦公樓、醫院、工廠等現代大型建筑物必備的重要基礎設施之一，約占整個建筑物電能消耗的40%-50%。通風空調系統的冷負荷是根據整個建筑的面積評估出最大冷負荷，結合建筑物使用特點預留一部分余量的來確定的。在通風空調系統實際運營過程中，系統的冷負荷都是不斷變化的，因此具有很大的節能空間。

通風空調冷源系統主要能耗設備冷凍主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機等。通風空調冷源系統的工作原理如下：冷凍循環系統由供、回水設備（冷凍主機、定壓補水裝置、冷凍水泵、分水器、集水器、水處理加藥裝置等）及管網構成。冷源系統工作時，冷凍主機將電能轉換為冷量，主要體現在冷凍水循環系統，將低溫冷凍水集中運輸到分水器，分水器通過管路將低溫冷凍水分配到各個空氣處理機組，然后回到集水器，通過冷凍水泵的動力回到冷凍主機，冷卻水循環系統制冷過程中產生的熱量通過冷卻塔散失到空氣中去，再通過冷卻水泵的動力回到制冷主機。

圖1 通風空調冷源系統工作原理

2、冷凍水循環系統模糊預期控制技術

冷源系統系統具有大惰性、多參量、耦合性強等特點。

大惰性：冷凍水循環系統的管網結構一般都比較長、結構比較復雜，冷凍水循環一個周期大約需要幾十分鐘甚至更長時間；

多參量：冷凍水循環系統各部分的水溫、流量、壓力、壓差等參數，均會影響到整個冷源系統的運行效率；

耦合性強：冷凍水循環系統各部分參數互相之間均會互相影響。

為克服空調冷凍冷源系統的大滯后、大惰性特征，利用一項創新性的模糊數學模型技術，冷凍水循環模糊動態控制技術。

智能模糊控制的過程如下：

（1）當冷源系統的末端冷負荷需求發生變化時，冷凍水循環系統供回水的壓力、壓差、溫度、溫差、流量等參數也會相應的變化，各個傳感器將采集到參數實時地傳遞至模糊數學模型；

（2）模糊數學模型不斷的刷新和充實，根據實時采集的數據及之前的歷史負荷數據，利用模糊預測算法、結合冷源系統管網結構和冷源系統循環周期，預測出下一個周期冷源系統的用冷負荷；

（3）根據模糊數學模型預測出來的用冷負荷，調節各變頻器輸出頻率，改變冷凍水循環系統的流量，使冷凍水循環系統各部分的水溫、流量、壓力、壓差等參數運行在模糊數學模型給出的最優值，使整個冷源系統輸出的冷量與末端用冷負荷需求達到匹配平衡。

圖2 基于負荷預測的模糊控制系統原理圖

冷凍水智能模糊預期控制技術的獨創性：

（1）采用冷量控制，有利于制冷機組在高效率區域運行而節能；

（2）基于負荷預測，實現“超前控制”，有效解決大惰性系統的控制時滯性問題；

（3）實現“最佳輸出能量控制”實現了冷量供給與能量需求的匹配；

（4）多重安全保護等措施，確保變負荷工況下空調系統運行的安全性。

3、冷卻水循環系統模糊優化控制技術

當末端冷負荷發生變化時，所需要的冷量會產生相應的變化，冷水機組的負荷率將隨之變化，冷水機組的效率（即COP值）也將隨之變化，這是冷水機組本身固有的特性，典型曲線如下。

圖3 制冷主機效率（COP值）典型曲線

在某一負荷率和濕球溫度下，制冷主機的制冷轉換效率（COP值）于冷卻水供回水溫度存在相關性，冷卻水溫度降低，對提升制冷主機運行效率（將電能轉換為冷量）成正相關性，相應的會對于冷卻水泵和冷卻塔兩個設備的能耗成負相關性。因此，對于同樣的散熱效率來說，制冷主機的能耗和冷卻水泵、冷卻塔風機能耗是相反的變化趨勢。將制冷主機、冷卻水泵、冷卻塔風機的能耗集中統一為系統COP值，找出在不同制冷工作負荷情況，尋找最佳冷卻水溫度TCm，通過全局尋優的方式使系統運行在最優效率區間，使整個冷卻水循環系統運行效率最高。

圖4 冷卻水循環系統能耗曲線

結語：

采集通風空調冷源系統各部分傳感器的參數，利用智能模糊控制技術、計算機技術、反饋控制技術、調頻變速技術等，將整個冷源系統中各傳感器參數、各設備運氣工況等統一集成，對冷源系統進行全面優化，以達到通風空調冷源系統整體運行效率最高，實現優異的節能效果。

［1］李玉街，蔡小兵，郭林.通風空調系統模糊控制節能技術及應用［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009:6-9.

［2］曹 祁，杜 樹 旺.IEEE1451.4在 通 風空調節能裝置中的應用［J］.浙江工業大學學報，2007，35（5）:520-542.

［3］王興貴，王利娜，房偉.模糊控制技術在中央變頻空調系 統中的應用［J］.機械與電子2006（4）:32-34.

姜博（1982—）、女、滿族，吉林、匯通華城樓宇科技（上海）有限公司、碩士、通風空調節能系統應用。