試論商用中央空調智能控制系統節能問題

摘 要：對于商用中央空調而言，其能耗較高，整個系統的復雜度較高，如果采用傳統的控制技術將無法實現節能功能，采用智能控制已經成為其發展趨勢。文章首先對我國商用中央空調的智能控制系統進行了介紹，總結了當前存在的主要問題，并有針對性的給出了相應的對策；隨后針對智能化節能系統介紹了幾種節能技術。

關鍵詞：中央空調；智能化；變頻節能；存在問題

引言

在我國，商用大廈在通風空調系統中的能源消耗占據了整個能耗的56%，水泵耗電量為24%。在傳統設計中，為了保證商用建筑制冷和制熱的最優效果，一般是按照最大值來選擇制冷機組、水循環系統以及風機系統等等；但在實際中，制冷和制熱的需要是依據外界環境的變化而不斷變化的，傳統的中央空調系統中的電機都是固定在額定功率下運行，無法隨著外界環境溫度的需要進行自動調節，造成了大量的能源浪費，因此，研究智能化控制系統十分必要。

1 控制系統存在的問題

在傳統中央空調控制系統中，電機的轉速是恒定的，這對于控制溫度、通風量以及供水壓力等都十分不利；設計者在設計時重點考慮的是系統控制溫度、通風量以及水壓等目的，如：設計擋板裝置進行風量的調節、設計調節水壓控制閥門實現對水壓力的控制等。傳統的控制方法雖然也能夠實現中央空調系統的溫度以及通風量控制等目的，但是在節能降耗上卻是空白。存在的主要問題有：（1）無法依據環境負荷的變化對中央空調系統進行控制。在設計中，設計者更多的是考慮建筑環境的最大負荷，同時留有30%裕度。對于商用建筑而言，日常使用的溫度、通風量等都不會實現滿負荷，從而造成了較高的余量，導致了能源的浪費；（2）使用調節閥門控制水流量存在控制不準確的問題。無法準確控制水量和水壓力，會導致空調系統溫度和水冷量不匹配，與原始設計值相差甚遠，造成大量的電能浪費；（3）水泵的頻繁啟停會使其發熱縮短使用壽命，甚至燒壞。水泵在開啟時，較大的啟動電流會沖擊電機，產生電弧，損壞設備^[1]。

2 智能控制系統節能對策

針對所列的傳統控制方式存在的不足，研究智能化控制系統，實現對環境溫度的自動監測，對是否存在人進行智能識別，從而對水泵進行靈活調節，對通風和制冷系統進行控制。

2.1 建立各類系統

為了對建筑環境中的溫度進行實時監測，需要用到精度較高的溫度傳感器以及回風監測裝置；將采集的室內溫度傳送給中央控制器，該控制器實現對建筑環境溫度的調節。為了對建筑中是否有人進行識別，要用到紅外傳感器，該傳感器將相關信息傳遞給中央控制器，該控制器將會停止無人房間的溫濕度和通風量，并且還能夠保證有人房間的溫濕度以及通風量^[2]。

2.2 建立控制系統

在智能控制系統中，控制方式采用的是以溫差為主的方式，它在保證系統的正常運行前提下不需要在各個支路中添加調節閥門；對水壓和水流量進行調節是在水泵中進行的，它按照預先的比例進行分配，由于商用建筑中各個房間的負荷工況是類似的，適宜于采用預先流量分配法。對冷凍系統最省流量進行計算，設定水泵的轉速為最小值。

2.3 選擇控制方式

在水系統中，應該建立變頻調速控制方案，包括：以壓差為主的控制方案和以溫差為主的控制方案^[3]。對于前者而言，它依據制冷機中的出水壓力和回水壓力的差值保證樓層冷凍水具有恒定壓力。當壓力差在下限值以下，說明系統的負荷較小，應該相應的提高壓差；當壓力差高于上限值時，說明系統的負荷較大，需要適當增加水泵的轉速。對于以溫差為主的控制方案來說，它依據制冷主機的回水溫度和出水溫度，對各樓層的壓力進行調節：當溫差較小時，說明負荷較小，應該將水泵的轉速降低；當溫差較大時，壽命負荷較大，應該提高水泵的轉速，降低溫差。這種控制方式最大化的利用了能源，達到了節能的目的。

3 節能系統控制技術

3.1 模糊控制

在智能控制技術中，模糊控制系統是一個重要的分支，其基礎為：模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯的規則推理；結合運用計算機技術共同構成一種數字控制系統，系統中存在具有控制作用的反饋通道閉環結構。在當前的制冷領域，模糊控制已經得到了廣泛的應用。在商用中央空調的智能控制系統中，模糊控制依靠各個房間的溫度傳感器得到各自的溫度值，從而計算出溫度的變化率，然后采用模糊算法控制中央空調的運行狀態，從而控制變頻壓縮機和風扇等的轉速^[4]。

3.2 神經網絡控制

在神經網絡控制中，模仿的是人類大腦中的神經系統，建立類似與以神經細胞為基礎的模型，其節點為神經元，其活動網絡為網絡拓撲結構。在神經網絡系統中，最簡單的處理單元是神經元。

采用神經網絡控制，在理論上可以實現與非線性映射的一一對映，即：無限逼近非線性映射，從而解決了復雜和不確定的系統控制問題，并且保證了整個系統的穩定性、魯棒性以及容錯性。在該網絡中，有多個輸入和多個輸出，因此實現了對環境變化的實時控制。在中央空調節能控制中應用神經網絡具有十分重要的現實意義，通過傳感器得到各個房間內的濕度、溫度、人數等信息，并輸入神經網絡控制系統中，通過相關程序計算出人體的舒適度值，通過反饋控制實現最優化控制^[5]。

3.3 控制技術優化選擇

如今，對商用中央空調的控制不再是機械式的恒溫控制，已經步入到以計算機為基礎的智能控制階段。作為一個變量多、復雜程度高、時間變化大的系統，該系統中各項因素之間的關系十分復雜，存在嚴重的非線性和強耦合關系。神經網絡控制以及模糊控制在解決這類問題時具有明顯的優越性。其中，前者的主要優點在于：它具有自適應功能，但該優點也正是它的一個不足之處，這是因為，在專家系統中得出的規則無法直接在神經網絡中得到應用。相比之下，模糊控制系統則是由專家系統直接提供規則，這些規則填充于規則矩陣中，在這一點上，它要比訓練一個神經網絡簡單得多；但是模糊控制也存在弊端，模糊控制的自適應能力較差。結合上文分析，聯想到將神經網絡控制和模糊控制相結合，共同應用于中央空調節能系統中，實現最優控制。采用神經網絡控制對采集到的溫度、濕度以及人數等參數進行處理，得到人體的舒適度值；采用模糊控制將人體的舒適度值控制在最佳值附近，實現空調的智能化控制，同時也實現了節能。

4 結束語

智能化節能系統在跟蹤晝夜變化、房間溫濕度、人數變化等方面實現了自動化，從而可以實現對空調工作狀態的合理控制。首先對我國商用中央空調的智能控制系統進行了介紹，總結了當前存在的主要問題，并有針對性的給出了相應的對策；隨后針對智能化節能系統介紹了幾種節能技術。總而言之，只有采用正確合理的節能系統，才能實現中央空調智能控制系統的節能，這對于國家來說，也同樣具有重要的經濟效益。

參考文獻

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