大型暖通空調(diào)關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控模型設(shè)計

賈玉貴++秦景

摘 要： 針對過去設(shè)計的大型暖通空調(diào)節(jié)能調(diào)控模型控制方法不佳，設(shè)計了大型暖通空調(diào)關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控模型，探討了大型暖通空調(diào)水流量與水泵功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，初步設(shè)計出水流量節(jié)能調(diào)控數(shù)學(xué)模型，分四路實施PID控制，給出水流量控制方案與控制結(jié)果。隨后將人流量和外部溫度兩種影響因素關(guān)聯(lián)到水流量節(jié)能調(diào)控數(shù)學(xué)模型中，構(gòu)建關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控模型，利用Matlab模糊控制方法實現(xiàn)節(jié)能調(diào)控，使用遺傳算法求解關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控模型。實驗對設(shè)計模型的控制誤差和節(jié)能效率進(jìn)行測試，取得了令人滿意的測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞： 暖通空調(diào)； 節(jié)能； 調(diào)控模型； 遺傳算法

中圖分類號： TN02?34； TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）09?0179?04

Abstract： Since the previously?designed energy?saving control method of the large heating and ventilation air conditioning （HVAC） is poor， a correlation?based energy?saving control model of large HVAC was designed. The relation between the water flow of the large HVAC and power of the water pump， as well as rotational speed is discussed. The mathematical model of the water flow energy?saving control was designed to implement the PID control with four channels. The water flow control scheme and control results are given. The influence factors of visitors flow rate and external temperature are associated with the mathematical model of water flow energy?saving control to construct the correlation?based energy?saving control model. The Matlab fuzzy control method is used to realize the energy?saving control. The genetic algorithm is adopted to solve the correlation?based energy?saving control model. The control error and energy?saving efficiency of the model were tested with experiment， which have the satisfied test results.

Keywords： HVAC； energy saving； control model； genetic algorithm

0 引 言

暖通空調(diào)是一種兼具了取暖、換氣以及空氣控制作用的多功能設(shè)備，大型暖通空調(diào)備受商場、智能樓宇和工廠等地的青睞[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，使用大型暖通空調(diào)區(qū)域的耗能量比無空調(diào)區(qū)域的耗能量高出9倍，占據(jù)總耗能量的25%左右，由此可知，大型暖通空調(diào)節(jié)能調(diào)控對社會發(fā)展具有重要意義。

過去提出的大型暖通空調(diào)節(jié)能方法主要包括硬件節(jié)能和軟件節(jié)能，如文獻(xiàn)[2]中介紹的基于可編程控制器的大型暖通空調(diào)節(jié)能調(diào)控方法就是一種軟件節(jié)能方法，其使用可編程控制器改變大型暖通空調(diào)暖通器件的工作方式，具有節(jié)能效率好的優(yōu)勢，但控制方法過于單一，控制效果不佳。文獻(xiàn)[3]中使用的硬件節(jié)能方法是使用阻流器限制空調(diào)輸出實現(xiàn)節(jié)能，這種方法的節(jié)能效率雖好，但嚴(yán)重影響了暖通空調(diào)的正常功能。文獻(xiàn)[4]利用動態(tài)管理算法對大型暖通空調(diào)的動態(tài)特征進(jìn)行建模分析，有效優(yōu)化了節(jié)能效率，但在人流量大的區(qū)域內(nèi)控制誤差大，并且節(jié)能效率不理想。

根據(jù)以上描述得知，軟件節(jié)能方法對大型暖通空調(diào)的節(jié)能控制最為準(zhǔn)確，但節(jié)能效率仍需進(jìn)行優(yōu)化。過去提出的軟件節(jié)能方法未考慮到大型暖通空調(diào)水流量會受外接環(huán)境因素影響而出現(xiàn)變動，所以方法的節(jié)能效率存在明顯的不穩(wěn)定性[5]。現(xiàn)提出一種大型暖通空調(diào)關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控模型設(shè)計方法，設(shè)計水流量節(jié)能調(diào)控數(shù)學(xué)模型，并將外界影響因素關(guān)聯(lián)到模型中進(jìn)行綜合控制，實現(xiàn)對模型控制誤差與節(jié)能效率的優(yōu)化。

1 大型暖通空調(diào)關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控模型設(shè)計

1.1 水流量節(jié)能調(diào)控數(shù)學(xué)模型

大型暖通空調(diào)中水泵的水流量和功率與其轉(zhuǎn)速有關(guān)。在現(xiàn)實生活中，水泵的即時轉(zhuǎn)速往往不會等同于額定轉(zhuǎn)速因此水泵的即時水流量和即時功率也會與額定水流量額定功率產(chǎn)生偏差，但始終滿足能耗比[6]。所提大型暖通空調(diào)關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控模型設(shè)計方法設(shè)那么空調(diào)水泵的即時單位做功量則可表示為：

水流量節(jié)能調(diào)控數(shù)學(xué)模型給出的控制方案是：當(dāng)大型暖通空調(diào)制冷量或制熱量未達(dá)標(biāo)時，不對水泵即時功率做限制。當(dāng)制冷量或制熱量達(dá)標(biāo)時，首先調(diào)控冷卻水泵的水流量，提高冷卻水與環(huán)境的溫差，隨后調(diào)控冷凍水泵的水流量，盡可能使熱能量符合式（3）標(biāo)準(zhǔn)[8]。如果無法達(dá)到式（3）標(biāo)準(zhǔn)，則使用大型暖通空調(diào)的最小水流量實現(xiàn)節(jié)能。

1.2 關(guān)聯(lián)節(jié)能調(diào)控設(shè)計

大型暖通空調(diào)中水流量節(jié)能調(diào)控數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)是熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律，大型暖通空調(diào)所處環(huán)境的熱能與其經(jīng)由冷水吸收的熱能始終平衡，這樣一來才能夠保證環(huán)境溫度的近似恒定。空氣流動產(chǎn)生的熱能、環(huán)境中建筑材料與架構(gòu)的導(dǎo)熱熱能、流動人口身體發(fā)熱、環(huán)境占地面積、外部氣候以及大型暖通空調(diào)參數(shù)等因素都會對環(huán)境溫度造成影響，削減大型暖通空調(diào)的節(jié)能效率[9]。式（4）給出的節(jié)能結(jié)果未能考慮到這些因素，故只能在人流量少、氣候條件好的理想情況下使用，為保證節(jié)能效率，需要將外界影響因素關(guān)聯(lián)到模型中，如圖2所示。