模糊控制技術(shù)在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

姜博 騫志彥 潘松

【摘要】本文分析了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，評估并提升通風(fēng)空調(diào)冷源系統(tǒng)的主要能耗設(shè)備冷凍主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等的節(jié)能性，以智能模糊控制技術(shù)為重要基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)，滿足末端負(fù)荷的需求，實(shí)現(xiàn)空調(diào)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，最大限度的實(shí)現(xiàn)整個空調(diào)系統(tǒng)能耗的降低。

【關(guān)鍵詞】智能模糊控制；通風(fēng)空調(diào)冷源系統(tǒng)；負(fù)荷預(yù)測；節(jié)能

1、通風(fēng)空調(diào)負(fù)荷分析及工作原理

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是酒店、商場、辦公樓、醫(yī)院、工廠等現(xiàn)代大型建筑物必備的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，約占整個建筑物電能消耗的40%-50%。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷是根據(jù)整個建筑的面積評估出最大冷負(fù)荷，結(jié)合建筑物使用特點(diǎn)預(yù)留一部分余量的來確定的。在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營過程中，系統(tǒng)的冷負(fù)荷都是不斷變化的，因此具有很大的節(jié)能空間。

通風(fēng)空調(diào)冷源系統(tǒng)主要能耗設(shè)備冷凍主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等。通風(fēng)空調(diào)冷源系統(tǒng)的工作原理如下：冷凍循環(huán)系統(tǒng)由供、回水設(shè)備（冷凍主機(jī)、定壓補(bǔ)水裝置、冷凍水泵、分水器、集水器、水處理加藥裝置等）及管網(wǎng)構(gòu)成。冷源系統(tǒng)工作時，冷凍主機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為冷量，主要體現(xiàn)在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，將低溫冷凍水集中運(yùn)輸?shù)椒炙鳎炙魍ㄟ^管路將低溫冷凍水分配到各個空氣處理機(jī)組，然后回到集水器，通過冷凍水泵的動力回到冷凍主機(jī)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)制冷過程中產(chǎn)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(jī)。

2、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)模糊預(yù)期控制技術(shù)

冷源系統(tǒng)系統(tǒng)具有大惰性、多參量、耦合性強(qiáng)等特點(diǎn)。

大惰性：冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般都比較長、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，冷凍水循環(huán)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(huán)系統(tǒng)各部分的水溫、流量、壓力、壓差等參數(shù)，均會影響到整個冷源系統(tǒng)的運(yùn)行效率；

耦合性強(qiáng)：冷凍水循環(huán)系統(tǒng)各部分參數(shù)互相之間均會互相影響。

為克服空調(diào)冷凍冷源系統(tǒng)的大滯后、大惰性特征，利用一項創(chuàng)新性的模糊數(shù)學(xué)模型技術(shù)，冷凍水循環(huán)模糊動態(tài)控制技術(shù)。

智能模糊控制的過程如下：

（1）當(dāng)冷源系統(tǒng)的末端冷負(fù)荷需求發(fā)生變化時，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)供回水的壓力、壓差、溫度、溫差、流量等參數(shù)也會相應(yīng)的變化，各個傳感器將采集到參數(shù)實(shí)時地傳遞至模糊數(shù)學(xué)模型；

（2）模糊數(shù)學(xué)模型不斷的刷新和充實(shí)，根據(jù)實(shí)時采集的數(shù)據(jù)及之前的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，利用模糊預(yù)測算法、結(jié)合冷源系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和冷源系統(tǒng)循環(huán)周期，預(yù)測出下一個周期冷源系統(tǒng)的用冷負(fù)荷；

（3）根據(jù)模糊數(shù)學(xué)模型預(yù)測出來的用冷負(fù)荷，調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率，改變冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的流量，使冷凍水循環(huán)系統(tǒng)各部分的水溫、流量、壓力、壓差等參數(shù)運(yùn)行在模糊數(shù)學(xué)模型給出的最優(yōu)值，使整個冷源系統(tǒng)輸出的冷量與末端用冷負(fù)荷需求達(dá)到匹配平衡。

冷凍水智能模糊預(yù)期控制技術(shù)的獨(dú)創(chuàng)性：

（1）采用冷量控制，有利于制冷機(jī)組在高效率區(qū)域運(yùn)行而節(jié)能；

（2）基于負(fù)荷預(yù)測，實(shí)現(xiàn)“超前控制”，有效解決大惰性系統(tǒng)的控制時滯性問題；

（3）實(shí)現(xiàn)“最佳輸出能量控制”實(shí)現(xiàn)了冷量供給與能量需求的匹配；

（4）多重安全保護(hù)等措施，確保變負(fù)荷工況下空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

3、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)模糊優(yōu)化控制技術(shù)

當(dāng)末端冷負(fù)荷發(fā)生變化時，所需要的冷量會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，冷水機(jī)組的負(fù)荷率將隨之變化，冷水機(jī)組的效率（即COP值）也將隨之變化，這是冷水機(jī)組本身固有的特性，典型曲線如下。

在某一負(fù)荷率和濕球溫度下，制冷主機(jī)的制冷轉(zhuǎn)換效率（COP值）于冷卻水供回水溫度存在相關(guān)性，冷卻水溫度降低，對提升制冷主機(jī)運(yùn)行效率（將電能轉(zhuǎn)換為冷量）成正相關(guān)性，相應(yīng)的會對于冷卻水泵和冷卻塔兩個設(shè)備的能耗成負(fù)相關(guān)性。因此，對于同樣的散熱效率來說，制冷主機(jī)的能耗和冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗是相反的變化趨勢。將制冷主機(jī)、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的能耗集中統(tǒng)一為系統(tǒng)COP值，找出在不同制冷工作負(fù)荷情況，尋找最佳冷卻水溫度TCm，通過全局尋優(yōu)的方式使系統(tǒng)運(yùn)行在最優(yōu)效率區(qū)間，使整個冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行效率最高。

結(jié)語：

采集通風(fēng)空調(diào)冷源系統(tǒng)各部分傳感器的參數(shù)，利用智能模糊控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、反饋控制技術(shù)、調(diào)頻變速技術(shù)等，將整個冷源系統(tǒng)中各傳感器參數(shù)、各設(shè)備運(yùn)氣工況等統(tǒng)一集成，對冷源系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化，以達(dá)到通風(fēng)空調(diào)冷源系統(tǒng)整體運(yùn)行效率最高，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的節(jié)能效果。

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作者簡介：

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(fēng)空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用。