暖通空調(diào)能量管理與優(yōu)化控制系統(tǒng)

摘要：隨著空調(diào)在人們的生活中應(yīng)用的越來越廣泛，隨之而來的能源消耗問題也越來越明顯，隨著全球總能源儲量的減小，暖通空調(diào)的節(jié)能降耗問題成為了我們目前首要面對的一個十分嚴(yán)峻的問題。本文主要從暖通空調(diào)的能源消耗方式入手，詳細(xì)介紹了暖通空調(diào)能量管理系統(tǒng)的工作原理和工作特點(diǎn)，然后根據(jù)人們對系統(tǒng)的需求，對控制系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化，并根據(jù)未來空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向，為暖通空調(diào)能量管理和控制系統(tǒng)提供一個較為明朗的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào);控制系統(tǒng);優(yōu)化;能量管理

暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗在整個建筑系統(tǒng)能耗中占據(jù)很大的比例，一般來說居民區(qū)和辦公地區(qū)的暖通空調(diào)設(shè)備都是采用由多臺設(shè)備并聯(lián)構(gòu)成的一個大的空調(diào)系統(tǒng)，由于這個系統(tǒng)龐大，很難對其進(jìn)行宏觀調(diào)控，就會很容易造成資源浪費(fèi)，使得整個空調(diào)系統(tǒng)的能耗增加，并不能滿足降低能耗的初衷。

1.暖通空調(diào)能量管理模塊

對于能量管理控制模塊的研究已經(jīng)取得了較為成熟的結(jié)果，對于暖通空調(diào)能量消耗接近系統(tǒng)設(shè)定的某一定值時(shí)，該模塊就會通過關(guān)閉一些不需要設(shè)備來降低能量成本，一般來說能量管理模塊控制主要包括以下幾個方面：

1.1優(yōu)化啟動/停止

優(yōu)化啟動/停止模塊主要是通過對實(shí)際溫度和設(shè)定溫度的差別來優(yōu)化對于暖通空調(diào)啟停時(shí)間的控制，這一模塊對于系統(tǒng)能源優(yōu)化的主要方式就是始終將整個設(shè)備控制在待機(jī)狀態(tài)，在盡量滿足人們對于空調(diào)的需求的情況下，盡快將空調(diào)設(shè)定到待機(jī)狀態(tài)，以減小暖通空調(diào)對能量的消耗。

1.2負(fù)載循環(huán)模塊

負(fù)載循環(huán)模塊的主要工作方式就是在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定以后或者達(dá)到一定時(shí)間的周期以后，關(guān)閉指定的附屬設(shè)備，降低能量的消耗，對于暖通空調(diào)負(fù)載循環(huán)系統(tǒng)，有一個明確的優(yōu)化組合函數(shù)，就是根據(jù)制冷或者制熱的負(fù)荷需求來選用制冷劑類型優(yōu)化組合，最終達(dá)到一個提高HVAC系統(tǒng)的性能的目的。

1.3能量管理與統(tǒng)計(jì)模塊

基于用戶的用電量情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，針對用戶在夜間和假日、周末、工作日等不同時(shí)間段對空調(diào)的使用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行整合，進(jìn)一步分析個人或者企業(yè)對于空調(diào)性能需求情況，然后建立時(shí)間調(diào)度控制模塊，合理利用外部環(huán)境條件針對不同時(shí)間段用戶需求的不同選用不同的工作模式，這樣既能夠滿足人們對于空調(diào)系統(tǒng)的需求，又能達(dá)到節(jié)能的根本目的。

1.4暖通空調(diào)空氣調(diào)節(jié)子系統(tǒng)

空氣調(diào)節(jié)子系統(tǒng)是暖通空調(diào)中的一個最重要的子系統(tǒng)，空氣調(diào)節(jié)子系統(tǒng)對于空氣處理的過程由送風(fēng)、回風(fēng)和換熱三個系統(tǒng)組成，新風(fēng)和回風(fēng)混合以后形成混風(fēng)，然后在通過熱交換器進(jìn)行降溫或者升溫，最后經(jīng)由管道送入房間進(jìn)行熱交換，完成空氣調(diào)節(jié)的目的，通過加強(qiáng)對空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制，能夠完成對子系統(tǒng)的優(yōu)化，進(jìn)而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整個空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化。

2.暖通空調(diào)能量管理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1優(yōu)化控制

系統(tǒng)優(yōu)化控制是暖通空調(diào)節(jié)能運(yùn)行的一個最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對于系統(tǒng)優(yōu)化控制方面的研究也有了較為成熟的成果，一般常用的系統(tǒng)優(yōu)化控制方法是采用多目標(biāo)遺傳算法對空調(diào)系統(tǒng)的工作溫度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，既可以獲得令人舒適的環(huán)境溫度，又能夠確保能量的最佳利用效果，但是這一優(yōu)化控制方法也有著十分明顯的缺點(diǎn)就是不能夠擴(kuò)展到其他系統(tǒng)對其進(jìn)行準(zhǔn)確的優(yōu)化控制，一些研究任運(yùn)在遺傳算法的基礎(chǔ)上對集中式暖通空調(diào)系統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得系統(tǒng)的最佳工作點(diǎn)和工作效率。

2.2基礎(chǔ)控制器參數(shù)整定

在目前的回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定方面一般采用的手段是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制引入到控制器系統(tǒng)中，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用到計(jì)算機(jī)計(jì)算控制領(lǐng)域，形成PID控制回路，能夠有效的解決計(jì)算機(jī)對于人體舒適度預(yù)測不準(zhǔn)確等問題，很好的抑制環(huán)境因素對于空調(diào)控制系統(tǒng)的干擾，案例的對基礎(chǔ)控制器的參數(shù)進(jìn)行整定。同時(shí)，還有一批人提出了新的方法對PID控制器進(jìn)行優(yōu)化，整體使用效果要比單獨(dú)使用PID控制器進(jìn)行控制的效果好得多。

2.3能量管理

能量管理是暖通空調(diào)系統(tǒng)能量管理的又一重要環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對空調(diào)運(yùn)行過程中的能量管理能夠有效的防止能量資源浪費(fèi)等情況的出現(xiàn)，能量管理系統(tǒng)就是對各個設(shè)備終端的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后進(jìn)行分析整理，最后對整個空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源與負(fù)荷進(jìn)行合理分配。能量管理控制是通過控制暖通空調(diào)不同單元的能量消耗，對能量消耗進(jìn)行合理優(yōu)化，從而使整個空調(diào)系統(tǒng)的能量需求降到最小。

3.暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1提高系統(tǒng)自動化水平

現(xiàn)有暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化的主要方式就是提高系統(tǒng)自身自動化水平，目前空調(diào)控制系統(tǒng)采用的是以傳統(tǒng)的PID控制回路加上現(xiàn)有的CPU核心進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的操作和控制，已經(jīng)初步完成了智能控制理論的要求目標(biāo)，嵌入式操作系統(tǒng)在空調(diào)控制系統(tǒng)中的運(yùn)用時(shí)暖通空調(diào)能量管理優(yōu)化過程中的一個里程碑，隨著計(jì)算機(jī)水平的不斷進(jìn)步，嵌入式微處理器的價(jià)格和性能也得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)采用的是高級控制策略，本身具有自主學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)控制對象在變負(fù)荷、多種復(fù)雜工作環(huán)境下進(jìn)行逐步學(xué)習(xí)，不斷對控制回路進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到最優(yōu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對整個空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的最佳控制。

3.2定工作點(diǎn)對各設(shè)備進(jìn)行參數(shù)整定

目前暖通空調(diào)系統(tǒng)的工作當(dāng)時(shí)大同小異，都是采用定工作點(diǎn)的方式來實(shí)現(xiàn)對于空調(diào)系統(tǒng)各個設(shè)備的溫度、壓力和能耗等參數(shù)的控制，每一個附屬子設(shè)備都有自身的最佳工作點(diǎn)，在空調(diào)系統(tǒng)正式運(yùn)行期間，空調(diào)系統(tǒng)不斷對各個設(shè)備的工作參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后統(tǒng)計(jì)每一個設(shè)備的最佳工作點(diǎn)，因?yàn)椴煌釉O(shè)備的最佳工作點(diǎn)不同，如果僅僅只是采用單一的工作點(diǎn)進(jìn)行處理和調(diào)控就不能保證整個暖通空調(diào)系統(tǒng)的性能是最佳的，因此需要對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，將每個設(shè)備的工作點(diǎn)設(shè)定在最佳工作點(diǎn)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制研究的目的，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要目標(biāo)。

3.3實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)控

加強(qiáng)基礎(chǔ)控制信息的反饋處理能夠及時(shí)根據(jù)整個空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)整，動過對空調(diào)系統(tǒng)管理的全方位監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)控制單元的運(yùn)行資料進(jìn)行整合，進(jìn)一步對空調(diào)的狀況進(jìn)行監(jiān)督，確保能夠中央系統(tǒng)能夠?qū)照{(diào)運(yùn)行過程中的每一個動態(tài)都能及時(shí)掌握，并根據(jù)具體情況合理安排能量的運(yùn)行，以期最終達(dá)到節(jié)能的根本目的。

3.4網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

目前暖通空調(diào)控制系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議存在不同的差異，不同的控制系統(tǒng)有這自己的開發(fā)環(huán)境和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，大師隨著企業(yè)發(fā)展水平的不斷進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)水平的不斷提升，不僅僅是暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)需要集成管理，對于系統(tǒng)能量管理和運(yùn)行的基本信息也要納入同一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，為空調(diào)能量管理控制和系統(tǒng)優(yōu)化控制提供一個廣闊的站站平臺和明確的發(fā)展方向。

結(jié)束語：

根據(jù)暖通空調(diào)的管理運(yùn)行模式，分析HVAC系統(tǒng)的特點(diǎn)，能夠得到一系列優(yōu)化的措施，能夠有效的發(fā)展空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排工藝控制結(jié)束，從而有效的降低建筑的能耗問題，緩解全球能源資源緊缺的壓力，對于推動國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著十分重要的意義和舉足輕重的作用。對于暖通空調(diào)能量管理與優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究能夠?yàn)槠渌袠I(yè)的能量管理控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供一定的思路和理論依據(jù)，為節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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