淺析暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)

霍冬

（河北 邯鄲 056000）

一、暖通空調(diào)系統(tǒng)

（一）暖通空調(diào)供水系統(tǒng)

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)中的原則是的供、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。根據(jù)房間負(fù)荷，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度來(lái)改變冷凍水的流量，從而調(diào)節(jié)房間溫度。

（二）暖通空調(diào)空氣處理單元

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)房間的溫度到達(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)。

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，因此，應(yīng)了解熱交換器的特點(diǎn)。

二、暖通空調(diào)廣義預(yù)測(cè)控制

為了調(diào)解出舒適的房間溫度，同時(shí)節(jié)省能量的消耗，本章研究了暖通空調(diào)控制器算法。目前的大部份的暖通空調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)房間溫度都是按照給定的定溫度值進(jìn)行調(diào)解，當(dāng)外部負(fù)荷和環(huán)境發(fā)生變化的情況下，如果采用采用定溫度調(diào)節(jié)房間環(huán)境，必然會(huì)消耗大量的能量，且調(diào)節(jié)的房間環(huán)境易出現(xiàn)過(guò)冷或過(guò)熱現(xiàn)象，不能滿足人體舒適度的要求。所以本章在建立暖通空調(diào)控制器前，首先對(duì)房間的最佳溫度進(jìn)行設(shè)定，依此設(shè)定的房間最佳溫度值作為控制房間溫度的期望軌跡，使暖通空調(diào)控制系統(tǒng)節(jié)省能量的消耗。

房間最佳溫度的設(shè)定中，首先考慮到了入體的熱舒適感，它除了與室內(nèi)空氣溫度有關(guān)外，還受室內(nèi)空氣濕度、空氣流動(dòng)速度等多種因數(shù)有關(guān)，所以為了所設(shè)計(jì)的暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)能創(chuàng)造真正舒適的室內(nèi)環(huán)境，同時(shí)減少不必要的能量消耗。

室內(nèi)熱舒適度影響因素：房間最佳溫度設(shè)定的目的就是要使暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)即節(jié)省能量又要滿足人體的熱舒適度要求，熱舒適度是人們?cè)诒姸嘁蛩刈饔孟碌闹饔^反映，所以有必要對(duì)影響熱舒適度的因數(shù)作簡(jiǎn)單的介紹。熱舒適度涉及的范圍廣泛，影響因素眾多，但研究表明，只有5個(gè)因素對(duì)熱舒適起主要影響作用，即與環(huán)境有關(guān)的4個(gè)因素：空氣溫度、空氣速度、相對(duì)濕度及平均輻射溫度；與人有關(guān)的1個(gè)因素：人體代謝率(活動(dòng)量)和服裝熱阻。

1.空氣溫度

空氣溫度指室內(nèi)空氣的干球溫度，它是影響熱舒適的主要因素，它直接影響人體通過(guò)對(duì)流及輻射的熱交換，在水蒸氣分壓力不變的情況下，空氣溫度升高使人體皮膚溫度升高，排汗量增加，從而人的主觀熱感覺(jué)向著熱的方向發(fā)展；空氣溫度下降，人體皮下微血管會(huì)收縮，皮膚溫度降低。人體對(duì)氣溫的感覺(jué)很靈敏，通過(guò)機(jī)體的冷熱感受可以對(duì)熱環(huán)境的冷熱程度做出判斷。

2.空氣流速

氣流速度會(huì)從兩方面影響人體的舒適性感覺(jué)。首先，空氣流速?zèng)Q定著人體的對(duì)流散熱量，其次，它還會(huì)影響空氣的蒸發(fā)力，從而影響蒸發(fā)散熱。當(dāng)空氣溫度低于皮膚溫度時(shí)，流速增大，產(chǎn)生散熱效果；當(dāng)空氣溫度高于皮膚溫度時(shí)，流速增加不僅會(huì)造成較高的對(duì)流換熱，使人體被加熱，而且能夠提高蒸發(fā)散熱效率。

3.平均輻射溫度

平均輻射溫度是指室內(nèi)環(huán)境墻壁、設(shè)備等的平均輻射溫度，它主要取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度。平均輻射溫度的改變，主要對(duì)人體輻射熱造成影響。一般情況下，人體輻射散熱量占總散熱量的42%～44%。當(dāng)環(huán)境平均輻射溫度提高后，人體輻射散熱量下降，人體為了保持熱平衡，必然要加大對(duì)流散熱和蒸發(fā)散熱的比例，人的生理反應(yīng)和主觀反應(yīng)向熱的方向發(fā)展。但在不同條件下，其變化程度有相當(dāng)大的差別，當(dāng)空氣溫度較高時(shí)，平均輻射溫度變化對(duì)人體熱舒適的影響將比較明顯。

4.相對(duì)濕度

當(dāng)人體皮膚比較干燥時(shí)，蒸發(fā)散熱率僅受汗液分泌率的限制而不受空氣蒸發(fā)率的限制，此時(shí)，舒適性取決于環(huán)境溫度、氣流速度和平均輻射溫度。但是在溫度較高，人體皮膚潮濕的情況下，人體蒸發(fā)散熱量將取決于空氣相對(duì)濕度，而不取決于汗液分泌率，此時(shí)，空氣的相對(duì)濕度就成為影響人體舒適性感覺(jué)的主要因素。

5.人體代謝率(活動(dòng)量)和服裝熱阻

人體活動(dòng)量的不同會(huì)造成人體生理變化，服裝的保溫性能和透氣性也會(huì)影響人體的輻射散熱量。雖然這兩方面的可能取值比較多，本文主要討論辦公室從事輕微活動(dòng)的工作類型。由于北方地區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)主要是用來(lái)制冷，所以人員著裝也主要考慮夏季服裝。

總之，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)總能耗中所占比重越來(lái)越大，所以開發(fā)暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制技術(shù)，使暖通空調(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。