協同技術在中央空調節能系統中的應用與研究

劉森

摘? ? 要：本文首先大致介紹中央空調的相關知識，之后主要圍繞中央空調水系統的節能問題，以提高水系統的工作效率，使其更加節能為目的，筆者通過遺傳算法對水系統的各種參數進行優化;此外，通過對優化的節能系統進行詳細分析，證實了該方法的可操作性，而且能夠確保能耗系統時刻處于最佳狀態。

關鍵詞：中央空調;協同;遺傳算法

1? 研究背景和研究意義

空調最先出現于歐洲發達國家，他們也是最先對中央空調系統進行研究的地區，對于中央空調的耗能問題歐洲國家的研究成果相對較多，大體上經歷了三次技術創新。第一次創新是通過安裝變頻器對水泵的轉速進行控制，這就避免了水泵一直以統一速度運轉，此種方法可以減少10%甚至到30%的電能，使得中央空調系統可以節約5%到10%的能耗;第二次創新借助了計算機的普及，在之前的變頻器基礎上加入人工智能化控制，這項技術可以隨時檢測水溫變化，根據用戶實際要求改變系統負荷，大大提高了效率，而且節約了20%到40%的能耗;而第三代技術革命則是在原有技術基礎上實現全局優化，著眼整體降低能耗。第三次技術革命之后能耗的降低可達25%甚至到最高的50%。目前，中央空調系統的使用依然廣泛，但是它能耗巨大這一問題也越來越引起人們的關注。

2? 協同技術在中央空調節能系統中的應用與研究

2.1? 中央空調的組成以及工作原理

中央空調系統由制冷機組、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統以及風機盤管系統等四部分組成。制冷機組就是中央空調必不可少的中心部分，主要作用是制冷或者制熱（本文以制冷為例）;在冷凍水循環系統中，常溫水會被蒸發器裝置中的制冷劑吸水熱量變為冷凍水，接著水泵會將冷凍水在系統中傳送，降低環境溫度;冷卻水循環系統就是吸收水的熱量，并排放到空氣中去，制冷劑在冷凝的過程中會釋放大量熱量，這些需要循環地被冷卻水系統吸收，不斷排出;風機盤管系統主要負責循環吸收用戶區域空氣中的熱量，將熱量送往冷卻水系統，保證用戶的空氣新鮮，維持設定的溫度和濕度。

在冷凝器中，制冷劑被壓縮冷凝會放出許多熱量，系統中的冷卻水就會立馬吸收熱量，，吸熱之后的冷卻水會被水泵傳送到冷卻系統中，冷卻系統中安裝有風機系統，他會對水進行冷卻。另外，節流閥會對制冷劑進行低溫低壓處理，就產生了液態制冷劑，當制冷劑流入蒸發器中時，就會大量吸收冷卻水的熱量，使冷卻水溫度降到更低，之后傳送到用戶區域，同時，在蒸發器中吸熱汽化的制冷劑又會被傳送到壓縮裝置中進行壓縮，如此循環往復進行工作。

2.2? ?協同控制的運用對中央空調節能系統優化方式

2.2.1? 協同控制與遺傳算法對中央空調節能系統的優化

協同控制來自于協同學，也是協同學在實際中的運用，協同學是耗散結構理論的延續，在其基礎上，協同學指出了能產生的結構的具體形態以及它是如何產生的。協同學認為，在一系列的變化中，系統遵從于自組織，是內部的自組織能力使它們形成了有序的組織結構，這種現象就是各個系統相互作用產生的協同作用。

協同控制是指在開放系統中，協同控制器總是會相互協作完成工作，使得系統各部分保持在相互協作的平衡點。協同控制的觀點認為，不同的系統之間雖然有時會相差很大，但是當它們處于一個更大的環境中時，它們之間往往能夠在相互制約的同時相互合作。同理，在許多設備構成的系統中，只要給予一定的條件，各個系統之間就會相互合作，使得整個系統能有效地運轉。

遺傳算法產生于20世紀60年代，在1970年，遺傳算法的使用結決了兩個大問題：子程序選擇以及模式識別，后來遺傳算法被運用到函數優化問題中，經過De Jong和Brindle的研究和發展，遺傳算法得到了廣泛的應用。遺傳算法主要是運用對染色體進行編碼從而完成對問題的探討。遺傳算法優化首先要確定種群中的個體數量，并將每一個染色體的基因進行編碼，然后通過檢測種群中個體的適應度，進而判斷優化的結果，若符合所需的優化標準，則找到最佳編碼的種群個體求出最優參數。但是，如果還沒有達到優化標準，就需要繼續對產生的新個體進行編碼，淘汰掉適應度低的個體，就選擇適應度較高的個體，將它們進行交叉和變異得到新的種群進行試驗。

2.2.2? 設計方案與遺傳算法對中央空調節能系統的步驟

在中央空調系統的優化試驗中，在其中安裝現場傳感器，它可以精準而迅速地將數據傳送到控制器，控制器依據協同作用理論對中央空調系統的實施控制。控制系統中硬件設備主要有變頻器、傳感器、觸摸屏、PLC;變頻器可以根據實際需要改變電壓，有節能的作用，觸摸屏將試驗中的數據直觀地反映在屏幕上，操作人員可以直接觀測到數據，同時也可以直接對PLC進行操作，PLC是中央空調的核心部分，它可以有效調節變頻器的頻率，使水泵轉速符合符合用戶實際需要。

筆者主要通過使用遺傳算法對中央空調的能耗進行優化，計算出各個設備的最優參數之后，通過對系統能好的優化可以最終降低中央空調的能源消耗。采取現場數據傳輸，實時控制，找到可以最大限度優化中央空調能耗的參數，并將參數傳遞到控制器中，在人工操作下，各個設備之間協調配合，共同完成節能任務

3? 結語

在對中央空調系統的優化中，首先要選擇對象，按照設定的優化周期采集數據;由于其他變量的影響，數據中會存在許多偶然性，要對數據進行預處理，檢驗數據的有效性;通過計算數據得出優化參數，并判斷其是否在可行區域內;優化的結果不得受到外界干預。通過試驗結果進行分析，可以得知協同技術對中央空調的優化作用。

參考文獻：

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