中央空调系统的控制方式比较与说明.doc

中央空调系统的控制方式（1） 传统的定流量控制方式传统的中央空调系统基本上都采用传统的定流量控制方式，即空调冷冻水流量、冷却水流量和冷却塔风机风量都是恒定的。这种控制方式的优点是系统简单，不需要复杂的自控设备，但存在以下问题： 无论末端负荷大小如何变化，空调系统均在设计的额定状态下运行，不能跟随实际负荷的变化对冷媒流量进行科学的调节，能源浪费很大。 由于负荷的频繁波动，必然造成系统循环溶液（冷温水、冷却水、制冷剂溶液）的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率降低，系统长期在低效率状态下运行，也会增加系统的能源消耗。 在工频状态下启停大功率水泵，冲击电流大，不利于电网的安全运行，且水泵、风机等机电设备长期在工频额定状态下高速运转，机械磨损严重，导致设备故障增加和使用寿命缩短。目前，很多中央空调系统操作和维护人员常采用人工控制的方法来进行节能。如：空调负荷减少时，减少投入运行的主机数量和水泵台数，或者使主机间断工作，这可以收到一定节能效果，但这种主观判断的分级调节非常粗糙，实时性差，且受设备配置的限制和人的因素影响较大。（2）楼宇自动化（BAS）控制方式近年来,随着楼宇自动化系统（BAS）的应用与发展，在中央空调领域，人们开始采用BAS对空调系统设备进行控制。一种是通过对水泵、风机等工艺设备进行远程启、停控制，实现其“精细化使用”节能；另一种是通过对空调系统管网压力或温度的采集，以压差或温差作为控制参量，采用PID（或PI）算法控制变频器调节水泵的运转频率，使水泵流量跟随负荷变化，从而达到水泵节能的目的。BAS可以实现楼宇机电设备的集中监视及分散控制，具有良好的可靠性、开放性。但其节能性较差，主要原因在两个方面：其一，由于BAS的通用性特点，它并非针对中央空调控制而专门设计，控制功能比较简单，难以实现中央空调控制的复杂运算、推理、数据处理等功能。因此，在实现中央空调节能控制方面远不如近年来迅速发展起来的一些高水平的专业的中央空调节能控制技术和产品。事实证明，对于BAS来说，无论是单独应用“BAS”，还是“BAS + 变频器”的控制系统，在国内都还没有真正实现综合节能率20以上的成功案例。其二，BAS均通过现场直接控制器DDC或单元控制器UC，以PID（或PI）调节变频器的频率实现水泵节能。PID（或PI）历史悠久，原理简单，使用方便，投资较低，在工业控制领域获得了极好的应用，具有一定的节能效果。但这种以压差或温差作为控制参量的PID调节，在中央空调控制中存在较大的局限性，主要在于： PI或PID调节器最重要的工程参数KP（比例系数）、TI（积分时间常数）和Td（微分时间常数）一旦整定之后，如果人不去调节，它是固定不变的，不可能跟随受控参量的变化而自动调整。也就是说，工程参数整定之后，就用同一种参数去对付各种不同的运行工况。实际上，中央空调系统是一个时变性的动态系统，其运行工况受季节变化、气候条件、环境温度、人流量等诸多种因素的综合影响，是随时变化的，且始终处于波动之中。因此，静态参数的PID控制方法不可能达到最佳的控制效果。 中央空调系统是一个多变量的、复杂的、时变的系统，其过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及强耦合关系。对这样的系统，无论用经典的PID控制，还是现代控制理论的各种算法，都很难实现较好的控制效果。且实践证明，恒压差或恒温差的单参量控制，很容易引起水系统参量振荡，长时间都不能到达设定值的稳定状态，既影响了系统的稳定性，又降低了空调效果的舒适性。楼宇自动化（BAS）等技术方案BKS中央空调管理专家系统方案节能率由于BAS的通用性特点，它并非针对中央空调控制而专门设计，功能比较简单，难以实现中央空调节能控制复杂的运算、推理、数据处理等功能，由于缺乏先进的控制模型，不能实现主机节能，节能率较低。无论是单独应用“BAS”，还是“BAS + 变频器”的控制系统，在国内都还没有真正实现综合节能率20以上的成功案例。BKS产品针对中央空调系统的时滞、时变和非线性特征，专门研制开发的一套专家系统，具有专业性特征。它以人（专家）的丰富实践经验和思维过程构建的模糊规则为依据进行推理与判断，模拟人类技术专家做决策的过程来解决问题。具有模糊推理、数据处理等智能功能，可实现主机节能，节能率高。经过近二百个项目验证，综合节能达2040，被列入世行/GEF中国节能促进项目。控制技术BAS以压差或温差作为控制参量，采用PID（或PI）算法控制变频器调节水泵的运转频率。PI或PID调节器最重要的工程参数KP（比例系数）、TI（积分时间常数）和Td（微分时间常数）一旦整定之后，如果人不去调节，它是固定不变的，不可能跟随受控参量的变化而自动调整。也就是说，工程参数整定之后，就用同一种参数去对付各种不同的运行工况。BKS产品采用人工智能模糊控制技术，独创了一套先进的模糊预测算法模型和优化算法模型，通过全面的参数采集和被控过程的信息归纳与经验总结，利用知识库，把历史经验与过程状态结合起来，通过推理，构成一套自寻优和自适应的模糊控制策略，可依据环境与负荷的变化，自动择优选择系统的优化运行参数，实现运行参数的动态调节，保障空调系统在任何负荷条件下，都能高效率地运行。适应性BAS是工程性应用产品，不是完整的成套性设备，需要在工程现场进行二次软件开发或组态编程（即应用软件客户化开发），工程周期长，现场开发的软件受调试工程师人为因素影响大，难以实现标准化，不利于今后系统的维护管理。BKS产品是基于组态软件、数据库和专家系统技术的一种先进的自动化控制装置，系统具有强大的组态功能，适应性强，无论用户中央空调系统需要扩展或是变更，都无需进行现场二次软件编制，避免了软件二次开发的技术风险，且软件实现标准化，调试和维护十分简单 （3）智能模糊控制方式对于中央空调这种复杂系统，一般难以用精确的数学模型进行描述，或者所得模型不是过于复杂就是较为粗糙，以精确性为主要特点的经典数学，对于这类控制问题往往难以凑效。如果把人（操作人员、管理人员或专家）的操作经验、知识和技巧归纳成一系列的规则，存放在计算机中，利用模糊集合理论将它定量化，使控制器模仿人的操作策略，就可以实现中央空调系统的人工智能模糊控制。我国几十年节能工作的经验证明，节能的根本出路在于技术进步。贵州汇通华城楼宇科技有限公司针对中央空调系统传统控制方式所存在的一系列问题，以多年丰富的实践经验和实验数据为基础，将当今先进的计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术和变频调速技术集合应用于中央空调系统控制，在九十年代就研制开发出了中央空调的高效节能产品BKS系列变流量节能控制系统，实现了中央空调的高效节能运行。BKS产品针对中央空调系统的时滞、时变和非线性特征，独创了一套先进的模糊预测算法模型和优化算法模型，并通过全面的参数采集和被控过程的信息归纳与经验总结，利用知识库，把历史经验与过程状态结合起来，通过推理，构成一套自寻优和自适应的模糊控制策略，可依据环境与负荷的变化，自动择优选择系统的优化运行参数，确保空调系统（空调主机、冷冻水系统和冷却水系统）始终都运行在最佳工况，可保障空调系统在任何负荷条件下，都能高效率（COP）地运行，从而最大限度地降低空调系统能耗，可降低空调主机能耗10%30%，降低水泵能耗60%80%。 经过BKS777、BKS800、BKS2002、BKS2003、BKS2008等多代产品的应用与发展，BKS产品已开创了中央空调控制技术发展的一个重要方向人工智能模糊控制，为推动中央空调节能事业的技术进步做出了重要贡献，得到国内外暖通空调专家们的充分肯定和高度评价。在中央空调系统控制上，智能模糊控制与楼宇自动化采用的PID控制技术相比，具有明显的优点：其一，它是以人（专家）的丰富实践经验和思维过程构建的模糊规则为依据进行推理与判断，模拟人类技术专家做决策的过程来解决那些需要专家决定的复杂问题。它无需对被控对象建立精确的数学模型，只需作模糊描述即可实现控制。这样的控制更符合中央空调的复杂性、动态性和模糊性，使控制简便，又能达到所要求的控制精度。其二，模糊控制是通过引入模糊逻辑语言变量及它们之间构成的模糊关系进行模糊推理，从而使计算机控制进入那些基于精确模型无法控制的禁区，以便获得基于精确模型控制所无法达到的精确控制效果。因而模糊控制比PID控制能获得更大的节能效果。其三，鉴于模糊控制先进的控制功能，用它控制的变频调速可以实现中央空调水系统真正意义上的变温差、变压差、变流量运行，使控制系统具有高度的跟随性和应变能力，可根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数，以获得最佳的控制效果。显然，模糊控制具有多变性的特点，但正是由于这种多因素的多变性，才构造了体现智能控制行为的输入输出间的复杂非线性关系，也正是凭借着这种复杂非线性，才使得模糊控制卓有成效地控制和克服了被控中央空调的非线性、时变性及不确定性等复杂性，从而达到很高的控制性能，实现中央空调系统的最优化运行安全、舒适、节能。BKS系列中央空调智能模糊控制与PID恒压差或恒温差控制系统的比较。 控制模式比较内容恒压差控制恒温差控制智能模糊控制采用技术PID + 变频调速控制PID + 变频调速控制计算机智能控制 + 变频调速控制控制参量单参量（压差）单参量（温差）多参量（温度、流量、压力、负荷）算法PID运算PID运算自适应模糊运算结构简单简单复杂保护压力下限温度下限温度下限、压力下限、流量下限节能水系统30%水系统30%50%水系统60%80%，主机10%40%造价较高较高高BKS系统与楼宇自控系统（BA）、机组群控的综合性能比较： 普通水泵变频设备机组群控(主机厂家配套)楼宇自控系统（BA）BKS中央空调能源管理系统受控范围（冷热源部分）循环水泵（冷冻泵、冷却泵）冷水机组、循环水泵冷水机组、热水机组、循环水泵、冷却塔冷水机组、热水机组、循环水泵、冷却塔采用技术简单变频调速控制冷水机组台数控制+水泵开关/简单变频控制冷水机组台数控制+水泵开关/简单变频控制现代计算机技术变频调速技术模糊控制技术系统集成技术控制参数压差/温差温度、压差、负荷负荷、压差温度、流量、压力、负荷和气象参数控制算法PID运算模糊控制采样方式硬接点网关连接器/硬接点硬接点网关通讯/硬接点控