暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制研究

闞昌利（廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311）

一、暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的原理

通過制冷劑進(jìn)行熱量的交換是暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的主要原理，制冷劑會(huì)在壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流閥四個(gè)元件中不斷循環(huán)，自身的狀態(tài)發(fā)生了一定的變化，可以把吸收熱量和釋放熱量這一結(jié)果實(shí)現(xiàn)。制冷劑會(huì)在蒸發(fā)皿這一元件中吸收熱量，吸收完熱量后，制冷劑就會(huì)由一開始的液體變成高溫高壓的氣體狀態(tài)[1]。隨后，被氣化的冷卻劑會(huì)把自身的熱量傳給空氣或者是水，再次變成初始的液體狀態(tài)。這是一個(gè)循環(huán)的過程，想要實(shí)現(xiàn)熱量的交換就要多次進(jìn)行這個(gè)循環(huán)，從而可以達(dá)到降溫這一目的。

暖通空調(diào)不僅有制冷劑循環(huán)，還有冷卻水循環(huán)、冷凍水循環(huán)和室內(nèi)空氣循環(huán)三種。這三種循環(huán)都可以做到和冷卻劑發(fā)生熱量交換，直接或者間接的，可以幫忙降低室內(nèi)空氣的溫度，可以達(dá)到制冷的效果。從暖通空調(diào)的原理進(jìn)行分析，制冷空調(diào)在能源消耗中占的比重是最大的，如果想要最大限度的降低能量損耗，就要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化控制。

二、優(yōu)化控制暖通控制系統(tǒng)性能的方法

逆卡諾定理表明，暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的性能指數(shù)COP和冷卻水溫度TC是存在函數(shù)關(guān)系的。也就是說，在某一負(fù)荷率之下，COP＝f(Tc)

所以，如果要對(duì)某一個(gè)具體的暖通空調(diào)進(jìn)行優(yōu)化控制，想要尋找冷卻水最佳的溫度Tcm點(diǎn)，需要尋找在某負(fù)荷率下制冷系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)能效比COP。下圖是系統(tǒng)各元件消耗功率和冷卻水溫度在不同負(fù)荷條件下的關(guān)系圖。

從圖中可以看出來，隨著冷卻水溫度的增加，冷卻水機(jī)組壓縮機(jī)的消耗量也會(huì)增加；然而冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的消耗功率則恰恰相反，會(huì)因?yàn)槔鋮s水的溫度增加而降低。發(fā)生這種情況的原因是，在系統(tǒng)安全裕度范圍之內(nèi)，冷卻水溫度一旦增加，冷卻水機(jī)組的流速也會(huì)增大，換熱效率就會(huì)增加，那么冷卻水機(jī)組壓縮機(jī)的功耗也會(huì)隨之降低[2]。但是，隨著冷卻水溫度的升高，冷卻水泵水量和冷卻塔風(fēng)機(jī)的流速也會(huì)逐漸的提高起來，這樣的話，能耗就必然會(huì)增加。

與此同時(shí)，這也進(jìn)一步說明了系統(tǒng)整體的節(jié)能并不能僅僅依靠系統(tǒng)中某一個(gè)元件的節(jié)能。當(dāng)制冷系統(tǒng)總能耗最低時(shí)，溫度點(diǎn)處于最低，但是一旦發(fā)生變化，超過或者低于這一溫度點(diǎn)，制冷系統(tǒng)總功率的消耗也都會(huì)變多。所以，如果想要優(yōu)化控制好暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)性能，以系統(tǒng)的總能耗最低為控制目標(biāo)是關(guān)鍵，進(jìn)而尋找到不同工況條件下冷卻水的最佳溫度值，并且，要確保制冷系統(tǒng)的運(yùn)行始終基于該溫度之下，確保系統(tǒng)的能效比COP可以達(dá)到峰值，但消耗的總功率應(yīng)該最小。

三、自適應(yīng)模糊算法的優(yōu)勢(shì)

本文主要采用的優(yōu)化控制策略是基于自適應(yīng)模糊算法，它有許多優(yōu)勢(shì)，不僅可以將不同工況條件下冷卻水的最佳溫度值準(zhǔn)確的尋找出來，還能比較與實(shí)際冷卻水之間的差異，從而通過偏差值的大小合理調(diào)節(jié)空調(diào)冷卻系統(tǒng)中的冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)量，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制制冷系統(tǒng)整體性能。

自適應(yīng)模糊控制器是自適應(yīng)模糊算法的基礎(chǔ)，并且，它所具有的模糊邏輯系統(tǒng)具有自適應(yīng)的學(xué)習(xí)能力，它可以對(duì)所收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，適當(dāng)?shù)淖哉{(diào)整邏輯系統(tǒng)的參數(shù)。這種算法在制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制的應(yīng)用具有不少性能優(yōu)勢(shì)。

(一)可以實(shí)現(xiàn)整體性優(yōu)化系統(tǒng)性能

因?yàn)榕照{(diào)制冷系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)是由多個(gè)子循環(huán)過程構(gòu)成的，是一個(gè)有機(jī)整體。但是，如果僅僅是優(yōu)化控制某個(gè)子過程或者某一個(gè)元件的性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@樣只能做到局部的一些優(yōu)化，對(duì)于制冷系統(tǒng)整體的能耗要達(dá)到最低是不能保證的[3]。但如果我們采用自適應(yīng)模糊算法，就可以做到考慮制冷系統(tǒng)的整體，可以將優(yōu)化控制做到全局化和整體化。

(二)進(jìn)行良好的消耗功率控制

如果我們利用自適應(yīng)模糊算法，那么就可以得到冷卻水系統(tǒng)的最佳溫度Tcm,那么空調(diào)制冷系統(tǒng)和環(huán)境條件之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行就可以很好的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)利用最低的能耗完成逆向傳熱全過程的熱平衡，從而可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)消耗功率良好的控制

(三)在線調(diào)節(jié)功能強(qiáng)大

自適應(yīng)模糊算法具備的學(xué)習(xí)能力和調(diào)節(jié)能力極強(qiáng)，所以它能夠?qū)崟r(shí)在線的調(diào)節(jié)和校正被控制參數(shù)[4]，也可以確保能夠不斷的完善和改進(jìn)優(yōu)化控制模塊，保證可以得到準(zhǔn)確和有效的優(yōu)化控制結(jié)果。

在一些暖通空調(diào)的制冷體統(tǒng)控制中往往也會(huì)采用其它的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和算法，也是可以起到想要的效果。但如果從本質(zhì)上來說，對(duì)暖通空調(diào)制冷機(jī)能耗的控制大多類似，都是從實(shí)時(shí)監(jiān)測開始，然后再反饋給控制系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)，以后再調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，可以將降低能耗的目的達(dá)到。

總結(jié):本文采用的制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制策略是自適應(yīng)模糊算法，它可以根據(jù)偏差值的多少合理調(diào)節(jié)與控制空調(diào)冷卻系統(tǒng)中的冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)量，從而使實(shí)際的冷卻水溫和最佳溫度值Tcm,可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制制冷系統(tǒng)的整體性能。經(jīng)過一系列的實(shí)踐應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)，這種優(yōu)化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)多種多樣，比如說對(duì)環(huán)境的變化有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，整體的節(jié)能效果好，并且還可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，可以良好的優(yōu)化控制暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)，并且可以獲得不錯(cuò)的效果。