1、<p>　　暖通空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TN948.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </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(gè)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(yùn)行，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。本文介紹暖通空調(diào)整體工藝和供水系統(tǒng)，并對(duì)暖通空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。 關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)，低效運(yùn)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(lái)越普及，中央空調(diào)系統(tǒng)的能最消耗一般占整個(gè)建筑耗能的50％以上。但目前實(shí)際情況是，空調(diào)系統(tǒng)是按滿足用戶最大需求而設(shè)計(jì)，所有的空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處在低負(fù)荷下運(yùn)行。由于能源十分緊張，同時(shí)暖通空調(diào)的能耗在國(guó)民經(jīng)濟(jì)總

5、能耗中所占比重越來(lái)越大，所以開(kāi)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(fù)荷下、不同工況條件下，都能以最佳效率運(yùn)行，并且達(dá)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(jī)組的蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)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(jī)作用下，變成高溫高壓氣體，流經(jīng)制冷機(jī)組的冷凝器時(shí)被來(lái)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(shí)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(fēng)進(jìn)行冷熱交換形成冷風(fēng)源，通過(guò)送風(fēng)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(shí)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(kāi)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(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)改變供、回水的流量來(lái)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(dòng)控制設(shè)備的造價(jià)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(yùn)行，盡量節(jié)約冷凍水泵的能耗，使得其得以越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，通常所說(shuō)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(duì)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(guò)末端的流量，通過(guò)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(dòng)力和冷源的運(yùn)行費(fèi)用。由于目前大多數(shù)冷水機(jī)組的水流量要求恒定，所以變流量系統(tǒng)實(shí)際上是供冷(水)量與需冷(水)量相對(duì)匹配的。即供冷(水)量只能

10、隨冷水機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)的不同產(chǎn)生變化。由于空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間都處于設(shè)計(jì)負(fù)荷的60％以下運(yùn)行，且負(fù)荷隨著時(shí)問(wèn)在不斷地變化，為了使冷水所載的冷量與經(jīng)常變化的負(fù)荷相匹配，從而節(jié)約冷量輸送動(dòng)力和冷源的運(yùn)行費(fèi)用，采用變冷水流量控制便成了理所當(dāng)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(fēng)與部分回風(fēng)混合，形成混風(fēng)，混風(fēng)經(jīng)過(guò)熱交換器與冷凍

11、水進(jìn)行熱交換形成送風(fēng)，在冬天，混風(fēng)吸收能量溫度提高，在夏天，混風(fēng)溫度降低，送風(fēng)在風(fēng)機(jī)的作用下經(jīng)過(guò)送風(fēng)管道進(jìn)入房間，與房間內(nèi)的空氣進(jìn)行熱量的傳遞，最終調(diào)節(jié)房問(wèn)的溫度到達(dá)所需要的設(shè)定點(diǎn)。房間內(nèi)的氣體在排風(fēng)機(jī)的作用下被排出，形成回風(fēng)。部分的回風(fēng)排出室外，部分回風(fēng)與新風(fēng)混合重復(fù)上述過(guò)程。 </p><p>　　混風(fēng)和冷凍水的熱交換是在空氣處理單元的熱交換器中進(jìn)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(fù)荷下時(shí)，并非與設(shè)計(jì)工況相同，而實(shí)際使用過(guò)程中，熱交換器絕大多數(shù)時(shí)間是在非設(shè)計(jì)工況。 </p><p>　　三暖通空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　對(duì)房間溫度進(jìn)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(zhǔn)確的調(diào)解房間溫度到達(dá)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(duì)房間內(nèi)溫度的影響，同時(shí)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(shí)滯和大慣性，當(dāng)前的控制信號(hào)要等到很長(zhǎng)時(shí)間才能在系統(tǒng)的輸出中反映，而廣義預(yù)測(cè)控制可以利用現(xiàn)在時(shí)刻的控制變量使未來(lái)時(shí)刻系統(tǒng)的輸出快速準(zhǔn)確的跟蹤期望的輸出。同時(shí)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(qiáng)學(xué)習(xí)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(lái)的對(duì)控制效果不利的影響。本文把廣義預(yù)測(cè)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合對(duì)暖通空調(diào)進(jìn)行控制。 </p><p>　　(一)暖通空調(diào)廣義預(yù)測(cè)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(shí)變性、大滯后和大慣性等特點(diǎn)，還受到許多的干擾。主要有盤(pán)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(huì)對(duì)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(fēng)溫度變化和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，這些干擾可以看成空調(diào)的送風(fēng)風(fēng)量變化。干擾3為房間內(nèi)部干擾，主要有人員的頻繁進(jìn)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(cè)控制主要由三部分構(gòu)成。要實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的廣義預(yù)測(cè)控制，要有準(zhǔn)確的暖通空調(diào)輸出預(yù)測(cè)，在提供暖通空調(diào)預(yù)測(cè)輸出的基礎(chǔ)上，建立準(zhǔn)確快速的在線優(yōu)化策略和有效的反饋校正。即通過(guò)所得到的未來(lái)溫度輸出和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，利用梯度下降法對(duì)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)優(yōu)化控制功能的RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)進(jìn)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(shí)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(dòng)優(yōu)化 </p><p>　　暖通空調(diào)廣義預(yù)測(cè)控制的在線滾動(dòng)優(yōu)化是利用模型辨識(shí)部分提供的預(yù)測(cè)輸出信息，根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)及選定的優(yōu)化方法進(jìn)行在線的滾動(dòng)優(yōu)化，從而得到合理的控制規(guī)律，考慮在線優(yōu)化的計(jì)算量，這里用RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成廣義預(yù)測(cè)控制的在線滾動(dòng)優(yōu)化。按性能指標(biāo)，利用優(yōu)化方法獲得未來(lái)控制長(zhǎng)度內(nèi)的冷凍水調(diào)節(jié)閥電壓，并取其首分量作為當(dāng)前時(shí)刻的冷凍

17、水調(diào)節(jié)閥電壓。考慮降低在線計(jì)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(guò)程的關(guān)鍵是計(jì)算性能指標(biāo)對(duì)RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器參數(shù)的導(dǎo)數(shù)。 通過(guò)RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)和修正方法，利用暖通空調(diào)預(yù)測(cè)模型提供的信息來(lái)完成給定目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)而準(zhǔn)確的提供冷凍水調(diào)節(jié)閥電壓，從而實(shí)現(xiàn)廣義預(yù)測(cè)控制的在線滾動(dòng)優(yōu)化來(lái)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(cè)控制反饋校正 </p>

18、<p>　　預(yù)測(cè)控制算法在進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化時(shí)，優(yōu)化的基點(diǎn)應(yīng)與系統(tǒng)實(shí)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(shí)模型的失配。既基于不變RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)模型的預(yù)測(cè)不可能和實(shí)際空氣處理單元完全相符。這就需要用附加的預(yù)測(cè)手段補(bǔ)充模型預(yù)測(cè)的不足，或者對(duì)基礎(chǔ)模型進(jìn)行在線修正。況且滾動(dòng)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(duì)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(jìn)行調(diào)整，在控