暖通空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　暖通空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　中圖分類號：TN948.11文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　摘要：隨著暖通空調(diào)日益普及，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗占整個建筑耗電量的50％以上，但目前絕大多數(shù)空調(diào)處在低效運行，能源浪費嚴重。本文介紹暖通空調(diào)整體工藝和供水系統(tǒng)，并對暖通空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計進行了探討。 關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)，低效運行，控制系統(tǒng) </

2、p><p>　　Abstract: with the hvac increasing popularity, hvac system in the whole building energy consumption accounts for more than 50% of the power consumption, but now most of the air conditioning in inefficie

3、nt operation, energy waste is serious. This paper introduces the whole process hvac and water supply system, and the air conditioning control system design is discussed. </p><p>　　Keywords: hvac, inefficient

4、 operation, the control system </p><p><b>　　一引言 </b></p><p>　　隨著生活水平的提高，空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普及，中央空調(diào)系統(tǒng)的能最消耗一般占整個建筑耗能的50％以上。但目前實際情況是，空調(diào)系統(tǒng)是按滿足用戶最大需求而設(shè)計，所有的空調(diào)系統(tǒng)長時間處在低負荷下運行。由于能源十分緊張，同時暖通空調(diào)的能耗在國民經(jīng)濟總

5、能耗中所占比重越來越大，所以開發(fā)中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制技術(shù)，使中央空調(diào)系統(tǒng)在不同負荷下、不同工況條件下，都能以最佳效率運行，并且達到最好的控制效果，是非常迫切的并且具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　二暖通空調(diào)系統(tǒng) </b></p><p><b>　　暖通空調(diào)工作原理 </b></p><p>　　暖

6、通空調(diào)工作原理就是制冷劑在制冷機組的蒸發(fā)器中與冷凍水進行熱量的交換而汽化，從而使冷凍水的溫度降低，然后，被汽化的制冷劑在壓縮機作用下，變成高溫高壓氣體，流經(jīng)制冷機組的冷凝器時被來自冷卻塔的冷卻水冷卻，又從氣體變成了低溫低壓的液體，同時被降溫的冷凍水經(jīng)冷凍水水泵送到空氣處理單元的熱交換器中，與混風進行冷熱交換形成冷風源，通過送風管道送入被調(diào)房間。如此循環(huán)，在夏季，房間的熱量就被冷卻水所帶走，在流經(jīng)冷卻塔時釋放到空氣中。本文主要研究控制暖通

7、空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理部分，主要涉及供水系統(tǒng)和空氣處理單元。 </p><p><b>　　暖通空調(diào)供水系統(tǒng) </b></p><p>　　常用的冷凍水(水為載冷劑)系統(tǒng)的冷凍水管道均為循環(huán)式系統(tǒng)，根據(jù)用戶的需求情況的不同，按水壓特性劃分，可分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種：按冷、熱水管道的設(shè)置方式劃分，可分為雙管制系統(tǒng)、三管制系統(tǒng)、四管制系統(tǒng)：按各末端設(shè)備的水流程劃分，可分為

8、同程式和異程式系統(tǒng)：按水量劃分，可分為定水量和變水量系統(tǒng)。變流量系統(tǒng)中的原則足的供、回水溫度保持不變，建筑物負荷變化時，通過改變供、回水的流量來適應(yīng)，該水系統(tǒng)輸送的水流量要與建筑物需求相適宜。 </p><p>　　隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，自動控制設(shè)備的造價不斷的下降，變流量系統(tǒng)可以使系統(tǒng)全年以定溫差、變流量的方式運行，盡量節(jié)約冷凍水泵的能耗，使得其得以越來越廣泛的應(yīng)用。目前，通常所說的變流量系統(tǒng)是指在

9、水路系統(tǒng)的空調(diào)末端使用二通閥的系統(tǒng)，是與水路系統(tǒng)的空調(diào)末端使用三通閥的定流量系統(tǒng)相對而言的，所謂變流量與定流量均是指送冷凍水的水路系統(tǒng)的流量，而不是通過末端的流量，通過末端的流量變流量與定流量均是變化的。變流量系統(tǒng)的目的是要冷源輸出的流量所載的冷量與經(jīng)常變化的末端所需的冷量相匹配，從而節(jié)約冷量的輸送動力和冷源的運行費用。由于目前大多數(shù)冷水機組的水流量要求恒定，所以變流量系統(tǒng)實際上是供冷(水)量與需冷(水)量相對匹配的。即供冷(水)量只能

10、隨冷水機組的運行臺數(shù)的不同產(chǎn)生變化。由于空調(diào)系統(tǒng)大部分時間都處于設(shè)計負荷的60％以下運行，且負荷隨著時問在不斷地變化，為了使冷水所載的冷量與經(jīng)常變化的負荷相匹配，從而節(jié)約冷量輸送動力和冷源的運行費用，采用變冷水流量控制便成了理所當然的做法。 </p><p>　　暖通空凋空氣處理單元 </p><p>　　在暖通空調(diào)空氣處理單元中，首先是新風與部分回風混合，形成混風，混風經(jīng)過熱交換器與冷凍

11、水進行熱交換形成送風，在冬天，混風吸收能量溫度提高，在夏天，混風溫度降低，送風在風機的作用下經(jīng)過送風管道進入房間，與房間內(nèi)的空氣進行熱量的傳遞，最終調(diào)節(jié)房問的溫度到達所需要的設(shè)定點。房間內(nèi)的氣體在排風機的作用下被排出，形成回風。部分的回風排出室外，部分回風與新風混合重復(fù)上述過程。 </p><p>　　混風和冷凍水的熱交換是在空氣處理單元的熱交換器中進行的，熱交換器是暖通空調(diào)系統(tǒng)空氣處理單元中的重要部分，熱交換器

12、的工況處于部分負荷下時，并非與設(shè)計工況相同，而實際使用過程中，熱交換器絕大多數(shù)時間是在非設(shè)計工況。 </p><p>　　三暖通空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　對房間溫度進行了合理的設(shè)定，然后建立合理的暖通空調(diào)控制器，使暖通空調(diào)控制系統(tǒng)能快速準確的調(diào)解房間溫度到達設(shè)定的房間最佳溫度值，并有效的抑制房間內(nèi)部和外部的干擾對房間內(nèi)溫度的影響，同時節(jié)省暖通空調(diào)系統(tǒng)能量的消耗。由于暖通空調(diào)具

13、有時滯和大慣性，當前的控制信號要等到很長時間才能在系統(tǒng)的輸出中反映，而廣義預(yù)測控制可以利用現(xiàn)在時刻的控制變量使未來時刻系統(tǒng)的輸出快速準確的跟蹤期望的輸出。同時暖通空調(diào)的工況環(huán)境不斷變化且有干擾作用，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強學習能力使暖通空調(diào)控制系統(tǒng)有效的抑制工況變化和干擾帶來的對控制效果不利的影響。本文把廣義預(yù)測控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合對暖通空調(diào)進行控制。 </p><p>　　(一)暖通空調(diào)廣義預(yù)測控制結(jié)構(gòu) </p>

14、;<p>　　如前面所描述暖通空調(diào)系統(tǒng)具有非線性，時變性、大滯后和大慣性等特點，還受到許多的干擾。主要有盤管中冷／熱水流量、壓力變化，這些干擾折合成冷／熱水溫度變化就會對系統(tǒng)造成一定的影響。干擾2為外界干擾，主要有日照、室外氣溫、外部空氣侵入以及新風溫度變化和風機轉(zhuǎn)速變化，這些干擾可以看成空調(diào)的送風風量變化。干擾3為房間內(nèi)部干擾，主要有人員的頻繁進出、房間內(nèi)部各種耗能發(fā)熱設(shè)備的使用。 </p><p&g

15、t;　　基于RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的暖通空調(diào)廣義預(yù)測控制主要由三部分構(gòu)成。要實現(xiàn)暖通空調(diào)的廣義預(yù)測控制，要有準確的暖通空調(diào)輸出預(yù)測，在提供暖通空調(diào)預(yù)測輸出的基礎(chǔ)上，建立準確快速的在線優(yōu)化策略和有效的反饋校正。即通過所得到的未來溫度輸出和優(yōu)化目標函數(shù)，利用梯度下降法對實現(xiàn)滾動優(yōu)化控制功能的RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)進行修正，從而得到最佳的控制規(guī)律。此RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)的輸入是實際房間溫度和設(shè)定房間溫度的差值和差值變化率，輸出是暖通空調(diào)調(diào)節(jié)閥電壓。 <

16、;/p><p>　　(二)暖通空調(diào)控制器在線滾動優(yōu)化 </p><p>　　暖通空調(diào)廣義預(yù)測控制的在線滾動優(yōu)化是利用模型辨識部分提供的預(yù)測輸出信息，根據(jù)優(yōu)化的目標函數(shù)及選定的優(yōu)化方法進行在線的滾動優(yōu)化，從而得到合理的控制規(guī)律，考慮在線優(yōu)化的計算量，這里用RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成廣義預(yù)測控制的在線滾動優(yōu)化。按性能指標，利用優(yōu)化方法獲得未來控制長度內(nèi)的冷凍水調(diào)節(jié)閥電壓，并取其首分量作為當前時刻的冷凍

17、水調(diào)節(jié)閥電壓。考慮降低在線計算的復(fù)雜性，采用了較常用的梯度下降法作為主要的優(yōu)化算法。優(yōu)化過程的關(guān)鍵是計算性能指標對RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器參數(shù)的導(dǎo)數(shù)。 通過RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)和修正方法，利用暖通空調(diào)預(yù)測模型提供的信息來完成給定目標函數(shù)的優(yōu)化，進而準確的提供冷凍水調(diào)節(jié)閥電壓，從而實現(xiàn)廣義預(yù)測控制的在線滾動優(yōu)化來得到暖通空調(diào)的合理控制規(guī)律。 </p><p>　　(三)暖通空調(diào)廣義預(yù)測控制反饋校正 </p>

18、<p>　　預(yù)測控制算法在進行滾動優(yōu)化時，優(yōu)化的基點應(yīng)與系統(tǒng)實際一致。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)受諸多干擾的影響，有可能導(dǎo)致辨識模型的失配。既基于不變RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)模型的預(yù)測不可能和實際空氣處理單元完全相符。這就需要用附加的預(yù)測手段補充模型預(yù)測的不足，或者對基礎(chǔ)模型進行在線修正。況且滾動優(yōu)只有建立在反饋校正的基礎(chǔ)上，才能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。對RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各隱單元的“是心”和“寬度”和隱層到輸出層的權(quán)值采用梯度下降法進行調(diào)整，在控