BKS節(jié)能控制技術(shù)探討

【摘要】本文就智能模糊控制技術(shù)在中央空調(diào)節(jié)能中的應(yīng)用，從項(xiàng)目節(jié)能分析、技術(shù)應(yīng)用等進(jìn)行技術(shù)方面的介紹。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào)節(jié)能；建筑節(jié)能；模糊控制；智能化

1、引言

中央空調(diào)是現(xiàn)代化建筑物不可缺少的重要設(shè)備之一，它能夠改善和提高建筑物內(nèi)部的環(huán)境質(zhì)量，營造舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境，提高建筑物的服務(wù)水平。但中央空調(diào)在給建筑物帶來良好的內(nèi)部環(huán)境的同時(shí)，也帶來了巨大的能源消耗，大大增加了建筑物的運(yùn)營成本。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，目前很多中央空調(diào)的能耗幾乎占了建筑總能耗的50%甚至更高。

2、BKS模糊控制系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用介紹

2.1系統(tǒng)模糊優(yōu)化

在通常情況下，系統(tǒng)COP與負(fù)荷、TS的關(guān)系如圖：

在負(fù)荷一定的情況下，系統(tǒng)COP與TS的關(guān)系：COP = f（TD，TS）

TD——空調(diào)主機(jī)蒸發(fā)器平均溫度

TS——空調(diào)主機(jī)冷凝器平均溫度

通過求解下式：?COP/?TS=0，可得到系統(tǒng)在該負(fù)荷狀態(tài)下，保持最高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率（COP）所對應(yīng)的冷凝器溫度（TS），從而可調(diào)節(jié)冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)量。但由于環(huán)境溫度、濕度、冷卻塔散熱效果的時(shí)變性，以及冷卻水泵和主機(jī)冷凝器特性的變化，因此通過傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型很難達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行效率最高的控制目標(biāo)（又稱最佳效率控制）。

BKS系統(tǒng)采用了以下的控制模型：

2.2BKS中央空調(diào)能源管理系統(tǒng)控制原理圖

2.3冷凍水系統(tǒng)——模糊預(yù)測算法

由于大型公共建筑工程體量大，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)管路較長，冷凍水循環(huán)周期長達(dá)幾分鐘至幾十分鐘，造成溫度采樣的時(shí)滯性很大。同時(shí)因?yàn)樗到y(tǒng)的惰性大，反應(yīng)慢，傳統(tǒng)的PID控制會造成冷凍水回水溫度波動很大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性、末端的舒適性和節(jié)能效果。

BKS系統(tǒng)對空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用模糊預(yù)測算法實(shí)現(xiàn)最佳輸出能量控制。當(dāng)氣候條件或空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計(jì)、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數(shù)送至模糊控制器，模糊控制器依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)模糊預(yù)測算法模型、系統(tǒng)特性及循環(huán)周期，通過推理、預(yù)測出未來時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷所需的制冷量和系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，包括冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，改變其流量，使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運(yùn)行在模糊控制器給出的最優(yōu)值，使系統(tǒng)輸出能量與末端負(fù)荷需求相匹配。

由于冷凍水系統(tǒng)采用了輸出能量的動態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷的需求供應(yīng)，使空調(diào)系統(tǒng)在各種負(fù)荷情況下，都能既保證末端用戶的舒適性，又最大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗。

在本項(xiàng)目中，針對冷凍水泵采用預(yù)期流量的控制算法，在保證末端舒適性的同時(shí)消耗最少的能耗。

2.4冷卻水系統(tǒng)——自適應(yīng)模糊優(yōu)化控制算法

當(dāng)氣候條件或空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，空調(diào)主機(jī)負(fù)荷率將隨之變化，主機(jī)的效率也隨之變化。

由于主機(jī)效率與冷卻水溫度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)冷卻水溫度降低，有利于提高主機(jī)效率、降低主機(jī)能耗。但冷卻水溫度降低，將導(dǎo)致冷卻水泵的能耗升高。因此，只有將主機(jī)能耗、冷卻水泵能耗兩者統(tǒng)一考慮，在各種負(fù)荷條件下找到一個(gè)能保持系統(tǒng)效率（系統(tǒng)COP）最高所對應(yīng)的冷卻水溫度，即找到一個(gè)系統(tǒng)效率最佳點(diǎn)，才能使整個(gè)系統(tǒng)能效比最高。

冷卻水溫度與室外環(huán)境溫度、室外環(huán)境濕度、冷卻水泵特性、冷卻塔排熱能力、主機(jī)排熱負(fù)荷等諸多因素有關(guān)，但由于氣候條件和排熱負(fù)荷的時(shí)變性，以及冷卻塔、冷卻水泵和主機(jī)冷凝器等特性的變化，因此，傳統(tǒng)的控制方式或簡易的變頻器控制方式都不可能達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行效率優(yōu)化的控制目標(biāo)。

BKS系統(tǒng)對空調(diào)冷卻水系統(tǒng)采用自適應(yīng)模糊優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率最佳控制。當(dāng)氣候條件或空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，模糊控制器在動態(tài)預(yù)測系統(tǒng)負(fù)荷的前提下，依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)氣候條件、系統(tǒng)特性和自適應(yīng)模糊優(yōu)化算法模型，通過推理、計(jì)算出所需的冷卻水溫度最佳值，并以此調(diào)節(jié)冷卻水泵變頻器的輸出頻率，控制冷卻水泵，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量，使冷卻水溫度趨近于模糊控制器給出的最優(yōu)值，從而保證整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)始終處于最佳效率狀態(tài)下運(yùn)行，系統(tǒng)整體能耗最低。

3、結(jié)語

隨著國內(nèi)的高檔辦公樓、酒店、賓館、醫(yī)院、大型商場等建筑的大量興建，中央空調(diào)能耗已成為公共建筑設(shè)計(jì)和運(yùn)營過程中亟待解決的重要課題。新型公共建筑模式和先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的成功引入和推廣，為各行業(yè)客戶帶來巨大的節(jié)能經(jīng)濟(jì)收益和社會效益，同時(shí)也必將推動我國節(jié)能投資機(jī)制的深入變革，為節(jié)能產(chǎn)品在建筑節(jié)能領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用提供良好的發(fā)展前景。