中央空调的控制方式比较

1、中央空调的控制方式比较1中央空调的传统控制方式目前，国内的中央空调系统，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。也就是说，只要起动空 调主机，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机都在50Hz工频状态下运行。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：（1）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，系统能耗始终处于设计的 最大值，能源浪费很大。（2）舒适性中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性的复杂系统， 由于末端负荷的频繁波动，必然造成系统循环溶液（冷冻

2、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（COP值） 降低，系统长期在低效率状态下运行，将使系统增加不必要的能源消耗。（3）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。2中央空调的节能控制方式2.1人工节能方式中央空调系统定流量控制方式的上述缺陷是显而易见的，然而，长时间以来， 由于我国缺乏先进的技术手段和装备，中央空调系统没有先进可行的节能控制措 施。一些有经验的中央空调系统操作和维护人员，在没有技术手段的情况下，常 常采用人工控制的方法

3、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，但这种步进 式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。2.2 DDC及PLC简易控制方式近年来，随着大功率电力电子器件的出现，促进了通用变频器的小型化和实 用化，为降低中央空调系统的能源浪费，人们开始采用DDC （直接数字控制器） 或PLC （可编程序控制器），通过对空调水系统压力或温度的采集，并进行PI （比 例、积分）运算或PID （比例、积分、微分）运算后，再通过变频器去控制空调 系统的水泵，以达到节能的目的。PID（或PI）控制历史悠久，原理简单，

4、使用方便，投资成本低，也有一定 的节能效果。但这种PID调节+通用变频器的简易控制方法有较大的局限性， 主要在于：其一，PI或PID调节器最重要的工程参数Kp （比例系数）、二（积分时间常 数）和T （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，d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?小控制方 法不可能达到最佳的控制效果。其二，PID调节多用

5、于单参量（温度或压力）的简单控制，在一些单参量 工业生产过程的控制中效果较好，当用于控制中央空调这样的多参量、非线性、 时变的且参量间耦合很强的复杂系统时，很容易引起中央空调系统振荡，使控制 温度在较大范围内起伏，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。3智能模糊控制方式众所周知，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。 对于中央空调这样多参量的、非线性的、时变的且参量间耦合很强的复杂系统， 一

6、般难以用精确的数学模型进行描述或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。但是，一个熟练的操作工人或技术人员，凭借自己的经验，靠其眼、耳等传 感器官的观察，经过大脑的思维判断，给出控制量，通过手动操作，却可以收到 令人满意的控制效果。例如，夏天制冷时，若建筑物内温度高于设定值，操作者 就会开启制冷机（或再增开一台制冷机），使之降温；反之，若温度低于设定值， 则会停止制冷机（或少开一台制冷机），使之升温。操作者在观察温度的偏差时， 若温度超过设定值越高，则开启的制冷机也越多，设法使之降温越快。上述过程 中的“越高”、“越多”、“越快”等都是模

7、糊概念。因此，操作者的观察与思维判 断过程，实际上是一个模糊化及模糊计算的过程。如果把人的操作经验、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，这就是模糊控制器。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在党和政府各级部门的大力支持下，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，提出了一套完整的科学的解决方案，采用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相结合，研制开发出了中央空调的高 效节能产品一一BKS系列变流量节能控

8、制系统，被用户称颂为“华城节能王”。BKS系列产品的核心技术是智能模糊控制，模糊控制是以模糊集合论、模糊 语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，是20世纪80年代以后才发 展起来的新型控制技术，尤其适合于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性系 统的控制。BKS系列产品实现了中央空调冷媒流量系统运行的智能控制，科学地解决了 中央空调能量供应按末端负荷需要提供，在保障空调效果舒适性的前提下，最大 限度地减少了空调系统的能源浪费，为现代中央空调节能控制提供了先进的技术 手段，它可与新建的中央空调系统配套使用，也可取代传统的控制模式对现有的 中央空调系统进行技术改造。3.1智能模糊控制的工作原

9、理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。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智 能控制，尤其适合于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性系统的控制。基于模糊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。BKS中央空调管理专家系统采用了模糊预测算法对冷冻水系统进行控制

10、。当 环境温度、空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流 量亦随之变化，流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至模糊 控制器，模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时预测计 算出末端空调负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流 量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量 使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在模糊控制器给出的最优值。由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制，实现了空调主机冷媒流量跟随 末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端用户的舒 适性，又最大限度地节省

11、了系统的能量消耗。系统对中央空调冷却水及主机系统采用系统模糊优化的控制方法。当环境温 度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，系统的最佳 转换效率也随之变化。模糊控制器在动态预测控制冷媒循环的前提下，依据所采 集的空调系统实时数据及系统的历史运行数据，计算出冷却水最佳进、出口温度， 并与检测到的实际温度进行比较，根据其偏差值，动态调节冷却水的流量（和冷 却塔风量），使系统转换效率逼进不同负荷状态下的最佳值，从而实现中央空调 系统运载能耗最大限度的降低。3.2智能模糊控制的特点BKS系列中央空调管理专家系统还具有下述特点：（1）具有可靠的安全保护通过全面的运行参数采集，实现了

12、系统工作状态的全面监控，并设置了冷冻 水低流量保护、低温保护、低压差保护、高压差保护和冷却水出水高温保护，有 效地保障了空调主机在变流量工况下的安全稳定运行。（2）实现动态负荷跟随，保障了末端的服务质量系统突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式（定流量模式或冷源侧定流量 而负荷侧变流量模式），实现最佳输出能量控制，即空调主机冷媒流量自动跟随 末端负荷需求而同步变化（即变流量），因此，在空调系统的任何负荷状况（满 负荷或部分负荷）下，都能既保障中央空调系统末端的服务质量（舒适性），又 实现最大的节能。（3）具有自寻优、自适应的智能模糊控制对于中央空调这样多参量相互影响的复杂系统，要实现冷冻水和冷却

13、水系统 全部变流量运行，只有充分利用当代最新科技成果，采用具有智能控制功能、能 进行类似人脑的知识处理和推理的先进的控制技术，才有可能成功。因此系统采 用了模糊控制技术，使系统具有自学习、自寻优和自适应的优化控制功能，实现 了中央空调系统各种负荷条件下的最大节能。（4）优化了空调主机运行环境系统全面采集中央空调的各种运行参量，再利用先进的模糊控制技术对这些相互关联、相互影响的运行参量进行动态优化控制，以满足中央空调系统非线性 和时变性的要求，使空调主机始终运行在最佳工况，以保持最高的热转换效率， 从而减少主机10%30%的能耗。3.3控制系统的特点与比较BKS系列中央空调智能模糊控制与PID恒

14、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3.4智能模糊控制的优势一合性智能模糊控制与DDC采用的PID控制相比，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

15、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

16、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一一安全、舒适、节能。从上可知，智能模糊控制与DDC控制器所采用的PID控制相比，其先进性是 无容置疑，它是中央空调这种多参量、非线性、时变性且参量间耦合很强的复杂 系统最适宜的控制方式，也是目前最先进的控制方式。参考中央空调系统节能的必要

17、性？无优化的情况？优化的情况？答：中央空调系统的设计通常按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大冷负 荷（或最大热负荷），并由此确定空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量。 然而，实际上每年只有极短时间出现最大冷负荷（或最大热负荷）的情况。因此， 中央空调系统在绝大部分时间里，都是在部分负荷（远小于其额定容量）条件下 运行的。据统计，实际空调负荷平均只有设备能力的50%左右，因而出现了 “大 马拉小车”的现象，这无疑造成了大量的能源白白浪费。而且，空调水系统的水 泵、风机等机电设备，长期处在工频额定状态下高速运行，机械磨损严重，导致 设备故障增加和使用寿命缩短。另一方面，空调负荷又具有变动性。由于季节交替、气候变幻、昼夜轮回、 使用变化（旅游旺、淡季）及人流量增减（宾馆入住率的变化）等各种因素变化 的影响，中央空调系统的负荷具有起伏变化和不恒定的特点，如果中央空调的运 行方式不能根据负荷的变化而调节，始终在额定容量（即满负荷状态）下运行， 也势必造成巨大的能源浪费。所以中央空调系统