暖通空调优化控制技术研究

1、暖通空调优化控制技术研究 暖通空调优化控制技术研究 摘要:随着暖通空调日益普及，暖通空调系统的能量消耗一般占整个建筑耗电量的50%以上，但目前实际情况：绝大多数空调处在低效下运行，能源浪费严重。本文笔者分析了暖通空调优化控制技术。 关键词:暖通空调；系统；优化控制 中图分类号：TB657文献标识码： A 随着社会的开展，空调应用越来越普及，一方面为人们创造了舒适的生活环境，另一方面针对现如今全球能源日趋减少的情况，暖通空调系统这一能源消耗大户越来越引起人们的关注，研究如何对暖通空调进行优化控制具有非常重要的经济和社会意义。 一、暖通空调系统 1、暖通空调供水系统 常用的冷冻水(水为载冷剂)系统

2、的冷冻水管道均为循环式系统，根据用户的需求情况的不同，按水压特性划分，可分为闭式系统和开式系统两种；按冷、热水管道的设置方式划分，可分为双管制系统、三管制系统、四管制系统；按各末端设备的水流程划分，可分为同程式和异程式系统；按水量划分，可分为定水量和变水量系统。变流量系统中的原那么是的供、回水温度保持不变，建筑物负荷变化时，通过改变供、回水的流量来适应，该水系统输送的水流量要与建筑物需求相适宜。根据房间负荷，通过调节调节阀的开度来改变冷冻水的流量，从而调节房间温度。 2、暖通空调空气处理单元 在暖通空调空气处理单元中，首先是新风与局部回风混合，形成混风，混风经过热交换器与冷冻水进行热交换形成送

3、风，在冬天，混风吸收能量温度提高，在夏天，混风温度降低，送风在风机的作用下经过送风管道进入房间，与房间内的空气进行热量的传递，最终调节房间的温度到达所需要的设定点。房间内的气体在排风机的作用下被排出，形成回风。 混风和冷冻水的热交换是在空气处理单元的热交换器中进行的，热交换器是暖通空调系统空气处理单元中的重要局部，热交换器的工况处于局部负荷下时，并非与设计工况相同，而实际使用过程中，热交换器绝大多数时间是在非设计工况，因此，应了解热交换器的特点。 二、暖通空调广义预测控制 为了调解出舒适的房间温度，同时节省能量的消耗，本章研究了暖通空调控制器算法。目前的大部份的暖通空调控制系统调节房间温度都是

4、按照给定的定温度值进行调解，当外部负荷和环境发生变化的情况下，如果采用定温度调节房间环境，必然会消耗大量的能量，且调节的房间环境易出现过冷或过热现象，不能满足人体舒适度的要求。所以本章在建立暖通空调控制器前，首先对房间的最正确温度进行设定，依此设定的房间最正确温度值作为控制房间温度的期望轨迹，使暖通空调控制系统节省能量的消耗。 1、房间最正确温度设定 房间最正确温度的设定中，首先考虑到了入体的热舒适感，它除了与室内空气温度有关外，还与室内空气湿度、空气流动速度等多种因素有关，因此所设计的暖通空调的控制系统要能创造真正舒适的室内环境，同时减少不必要的能量消耗。 室内热舒适度影响因素：房间最正确温

5、度设定的目的就是要使暖通空调的控制系统即节省能量又要满足人体的热舒适度要求，热舒适度是人们在众多因素作用下的主观反映，所以有必要对影响热舒适度的因素作简单的介绍。热舒适度涉及的范围广泛，影响因素众多，但研究说明，只有6个因素对热舒适起主要影响作用，即与环境有关的4个因素：空气温度、空气速度、相对湿度及平均辐射温度；与人有关的2个因素：人体代谢率(活动量)和服装热阻。 1.1空气温度 空气温度指室内空气的干球温度，它是影响热舒适的主要因素，它通过对流及辐射的热交换直接影响人体，在水蒸气分压力不变的情况下，空气温度升高使人体皮肤温度升高，排汗量增加，从而人的主观热感觉向着热的方向开展；空气温度下降

6、，人体皮下微血管会收缩，皮肤温度降低。人体对气温的感觉很灵敏，通过机体的冷热感受可以对热环境的冷热程度做出判断。 1.2空气流速 气流速度会从两方面影响人体的舒适性感觉。首先，空气流速决定着人体的对流散热量，其次，它还会影响空气的蒸发力，从而影响蒸发散热。当空气温度低于皮肤温度时，流速增大，产生散热效果；当空气温度高于皮肤温度时，流速增加不仅会造成较高的对流换热，使人体被加热，而且能够提高蒸发散热效率。 1.3平均辐射温度 平均辐射温度是指室内环境墙壁、设备等的平均辐射温度，它主要取决于围护结构外表温度。平均辐射温度的改变，主要对人体辐射热造成影响。一般情况下，人体辐射散热量占总散热量的42

7、%44%。当环境平均辐射温度提高后，人体辐射散热量下降，人体为了保持热平衡，必然要加大对流散热和蒸发散热的比例，人的生理反响和主观反响向热的方向开展。但在不同条件下，其变化程度有相当大的差异，当空气温度较高时，平均辐射温度变化对人体热舒适的影响将比拟明显。 1.4相对湿度 当人体皮肤比拟枯燥时，蒸发散热率仅受汗液分泌率的限制而不受空气蒸发率的限制，此时，舒适性取决于环境温度、气流速度和平均辐射温度。但是在温度较高，人体皮肤潮湿的情况下，人体蒸发散热量将取决于空气相对湿度，而不取决于汗液分泌率，此时，空气的相对湿度就成为影响人体舒适性感觉的主要因素。 1.5人体代谢率(活动量)和服装热阻 人体活

8、动量的不同会造成人体生理变化，服装的保温性能和透气性也会影响人体的辐射散热量。虽然这两方面的可能取值比拟多，本文主要讨论办公室从事轻微活动的工作类型。由于北方地区的空调系统主要是用来制冷，所以人员着装也主要考虑夏季服装。 2、暖通空调控制系统设计 对房间温度进行了合理的设定，然后建立合理的暖通空调控制器，使暖通空调控制系统能快速准确的调解房间温度到达设定的房间最正确温度值，并有效的抑制房间内部和外部的干扰对房间内温度的影响，同时节省暖通空调系统能量的消耗。由于暖通空调具有时滞和大惯性，当前的控制信号要等到很长时间才能在系统的输出中反映，而广义预测控制可以利用现在时刻的控制变量使未来时刻系统的输

9、出快速准确的跟踪期望的输出。同时暖通空调的工况环境不断变化且有干扰作用，用神经网络的强学习能力使暖通空调控制系统有效的抑制工况变化和干扰带来的对控制效果不利的影响。因此应该把广义预测控制和神经网络结合对暖通空调进行控制。 暖通空调广义预测控制反响校正预测控制算法在进行滚动优化的过程中，系统优化的基点要和实际情况相一致。不过由于暖通空调会受到多种干扰的影响，导致辨识困难，即使建立了辨识模型之后也可能出现辨识模型失配，导致预测与空气处理单元不相符。在这种情况下，要对预测进行手段补充，弥补预测模型的缺乏，或者对模型进行及时的修正，以便实现控制的优化。滚动优化只有在建立了反响校正的前提下，才可以将其优越性充分发挥出来。 目前对暖通空调预测控制优化的分析多是基于RBF模糊神精网络模型，不过由于其还没有考虑到滚动优化和在线辨识对控制系统性能的影响，对算法的研究也需要加强，所以要实现优化控制应该是多种控制相结合，实现对暖通空调预测控制系统的进一步改善，并加强理论与实践的结合，真正在实践中解决暖通空调控制问题。 总之，由于能源十分紧张，同时暖通空调的能耗在国民经济总能耗中所占比重越来越大，所以开发暖通空调系统的优化控制技术，使暖通空调系统在不同负荷下、不同工况条件下，都能以最正确效率运行，并且到