自動(dòng)控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展與應(yīng)用

郭 洋

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司城南供熱分公司，山西 太原 030045)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市化建設(shè)的推進(jìn)使得人民的生活有了極大的提高，不僅能夠?yàn)槿藗儬I(yíng)造良好的生活環(huán)境，而且還可以提高人民的生活質(zhì)量。然而，隨著暖通空調(diào)系統(tǒng)在人們生活中的大量應(yīng)用，造成了一定的環(huán)境問(wèn)題和能源消耗問(wèn)題，尤其是空氣污染等方面獲得了社會(huì)關(guān)注。不論單位還是個(gè)人應(yīng)用空調(diào)造成的能源消耗基本占總建筑能耗的1/2，以中央空調(diào)為例，中央空調(diào)消耗的電能基本占整棟建筑電能消耗的六成左右。空調(diào)的應(yīng)用在帶來(lái)極大的生活便利的同時(shí)，也造成了能耗和環(huán)境問(wèn)題，因此需要深入研究空調(diào)使用過(guò)程中的節(jié)能工作，促進(jìn)國(guó)家社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，建立環(huán)境友好型社會(huì)。

1 國(guó)內(nèi)暖通空調(diào)自控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代科技在各行各業(yè)中的發(fā)展，國(guó)內(nèi)也在不斷提高自主研發(fā)的比重，相關(guān)領(lǐng)域的研究者開(kāi)始對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)及理論和應(yīng)用進(jìn)行研究，逐漸將自動(dòng)控制系統(tǒng)與暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，旨在節(jié)能減排，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)保性。隨著社會(huì)各界對(duì)于節(jié)能減排這一理念的認(rèn)同，國(guó)內(nèi)大部分空調(diào)在進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究的時(shí)候相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之一就是做到節(jié)能與環(huán)保，但是由于受到多方面因素的影響和制約，相關(guān)理論體系還不夠完善，使得國(guó)內(nèi)的空調(diào)節(jié)能限度較低，最高只能達(dá)到30%。近年來(lái)通過(guò)不斷的研究發(fā)現(xiàn)，在空調(diào)運(yùn)行階段，借助系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)變頻器，可以降低輸出頻率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵轉(zhuǎn)速的有效控制，進(jìn)而控制能源消耗，減少電能浪費(fèi)的情況。這為當(dāng)前暖通空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能減排目標(biāo)上提供了一定的研究方向。國(guó)內(nèi)雖然一部分智能控制理論方面的體系和架構(gòu)還不夠完善，但是已經(jīng)有了具體的研究方向和研究目標(biāo)。

2 自動(dòng)控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的主要特征

當(dāng)前各行各業(yè)都對(duì)自動(dòng)化控制和生產(chǎn)有著一定的要求，因此相關(guān)領(lǐng)域?qū)τ谧詣?dòng)化控制提出了較高的要求。目前，國(guó)內(nèi)空調(diào)自動(dòng)化控制已經(jīng)有了一定成果，但是還需要深入在科研領(lǐng)域進(jìn)行探索。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，自動(dòng)化控制的應(yīng)用涉及如下三個(gè)階段：1)20世紀(jì)80年代左右，所采用的中央空調(diào)控制系統(tǒng)僅有簡(jiǎn)單的一個(gè)開(kāi)關(guān)鍵，其借助熱繼電器或壓力繼電器進(jìn)行管理，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。2)工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展帶來(lái)的新變化，PID控制器在自動(dòng)管理領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用使得自動(dòng)控制系統(tǒng)更加完善和健全，在PID的基礎(chǔ)上來(lái)改造和完善控制設(shè)備，有超過(guò)80%的空調(diào)控制系統(tǒng)采用了該控制系統(tǒng)和理念。3)當(dāng)前研究階段，智能技術(shù)的發(fā)展使得空調(diào)系統(tǒng)也在逐漸追求智能控制和更高等級(jí)的自動(dòng)化控制，國(guó)內(nèi)逐漸將新的智能控制系統(tǒng)應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)。

3 自動(dòng)化理論在HVAC中的具體應(yīng)用

自動(dòng)控制技術(shù)的理論和實(shí)踐逐漸完善，在應(yīng)用過(guò)程中也有了不同的分支變化，但是最終都是為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)智能技術(shù)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的管理，切實(shí)落實(shí)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的要求，形成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，促進(jìn)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

3.1 在暖通空調(diào)自動(dòng)系統(tǒng)中模糊控制的應(yīng)用

在暖通自動(dòng)控制系統(tǒng)中，模糊控制就是指對(duì)房間溫度進(jìn)行模糊感知和預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)人體溫感的研究做到方針對(duì)比，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的控制和管理。在模糊控制暖通空調(diào)自動(dòng)系統(tǒng)中，控制器能夠?qū)崿F(xiàn)較好的完整的運(yùn)行回路，在運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中也能夠保障較好的穩(wěn)定性。例如，大型客運(yùn)站中央空調(diào)系統(tǒng)涉及到了三個(gè)控制系統(tǒng)，他們均是在模糊控制的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的暖通空調(diào)控制系統(tǒng)，這種新型的控制管理系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)能夠提供更好的節(jié)能管理，包括更穩(wěn)定的運(yùn)行。事實(shí)上，PID控制系統(tǒng)的操作原理較為簡(jiǎn)單，一旦出現(xiàn)問(wèn)題能夠?qū)崿F(xiàn)快速的維修工作，PID控制系統(tǒng)也具有較為廣泛的應(yīng)用范圍。但是這一系統(tǒng)運(yùn)行不算穩(wěn)定，整體的運(yùn)行效率也比較低。而基于模糊控制下的暖通空調(diào)管理系統(tǒng)性能更好，具有適用范圍廣的特點(diǎn)，并且模糊控制系統(tǒng)并不需要建立被控對(duì)象的模型。但是模糊控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力比較差，不能完全實(shí)現(xiàn)對(duì)溫感的探測(cè)感知，并且也需要對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行提前的設(shè)置。

3.2 暖通空調(diào)自控系統(tǒng)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)包括下述幾個(gè)方面的內(nèi)容：1)風(fēng)機(jī)盤(pán)管熱水系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的PID系統(tǒng)相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的水溫控制能力，這就意味著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能夠?qū)刂颇茉吹南膯?wèn)題給予準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，這樣不僅可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，而且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)。2)在暖通空調(diào)控制過(guò)程中，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)與周邊環(huán)境條件進(jìn)行有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備更精準(zhǔn)有效的控制，在此技術(shù)上對(duì)于設(shè)備的控制也能夠更加科學(xué)合理，從而提供良好的節(jié)能效果。

3.3 在暖通空調(diào)自控系統(tǒng)中基于遺傳算法的運(yùn)用

遺傳算法并不是新興的研究方向，事實(shí)上，早在20世紀(jì)60年代美國(guó)就開(kāi)始使用了遺傳算法，其一般是通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的分析和研究來(lái)構(gòu)建一套借助空間搜索來(lái)達(dá)到隨機(jī)搜索的一種運(yùn)行模式。在初期空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，遺傳算法就開(kāi)始被慢慢的引入到PID管理系統(tǒng)中，并且運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的PID系統(tǒng)相比，遺傳算法具有更高的應(yīng)用價(jià)值，遺傳算法不需要依賴(lài)數(shù)學(xué)模型，具有非常強(qiáng)的信息搜索能力，與模糊控制進(jìn)行結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的變頻控制，從而促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，從其他思路實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源的節(jié)約。

3.4 暖通空調(diào)自控系統(tǒng)與常見(jiàn)控制方法的結(jié)合

在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，暖通空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)需要借助大量的非線(xiàn)性及參數(shù)關(guān)系，導(dǎo)致自動(dòng)化控制操作系統(tǒng)比較復(fù)雜?；谶@個(gè)原因，該領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行了更加深入的分析和研究，不斷提高其實(shí)際應(yīng)用適應(yīng)性。將傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)與模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的結(jié)合，通過(guò)應(yīng)用測(cè)試來(lái)提高暖通空調(diào)自控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，融合后的系統(tǒng)可以更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的控制管理工作。換一個(gè)思路，也能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)PID控制與模糊控制系統(tǒng)的融合，從而完成對(duì)空調(diào)管理系統(tǒng)的有效控制，更加靈活多變的實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的節(jié)能要求。

4 自動(dòng)控制在暖通空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)科技的迅速發(fā)展，人們對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)的要求更高，促使暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越完善，也使得設(shè)計(jì)更加困難，涉及到的相關(guān)模型和參數(shù)也會(huì)更加復(fù)雜。僅僅使用傳統(tǒng)的PID系統(tǒng)已經(jīng)不能完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，需要研究控制更加精準(zhǔn)的系統(tǒng)，這樣一來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與模糊控制理論系統(tǒng)可以達(dá)到更高級(jí)的控制管理。除此之外，在運(yùn)行過(guò)程中，傳統(tǒng)暖通空調(diào)控制系統(tǒng)雖然能夠做到對(duì)空調(diào)耗能的控制，但是也伴隨著能耗大和多變量等問(wèn)題，此時(shí)可以借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或模糊控制系統(tǒng)使上述問(wèn)題得到有效解決。當(dāng)前的研究還需要一定的深入研究，從而真正實(shí)現(xiàn)高效的節(jié)能控制。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，促進(jìn)了自控系統(tǒng)的發(fā)展。自控系統(tǒng)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景，當(dāng)前的應(yīng)用水平還能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的提高，智能技術(shù)在自動(dòng)控制中的融合能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)更加精準(zhǔn)的控制。因此還需要相關(guān)技術(shù)人員不斷進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步提高暖通空調(diào)的使用性能。