暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制與能量管理現(xiàn)狀分析

■魏金濤 ■中建四局安裝工程有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000

隨著社會的不斷發(fā)展，人們生活水平的日益提高，空調(diào)的使用率也在不斷提高。與此同時(shí)，因使用空調(diào)造成的能源浪費(fèi)及環(huán)境污染問題也隨之愈發(fā)嚴(yán)重。但目前很多人都沒有對該現(xiàn)象充分重視，并著手進(jìn)行研究及解決。對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制和能量管理是一種有效的改善措施。很多專家已經(jīng)投入到此領(lǐng)域的研究工作中，并取得一定的收效。本文分析了我國暖通空調(diào)優(yōu)化控制與能量管理，還在此基礎(chǔ)上提出了今后該領(lǐng)域的發(fā)展方向。

1 暖通空調(diào)的能量管理及優(yōu)化控制的必要性

1.1 暖通空調(diào)的能量管理

能量管理在暖通空調(diào)節(jié)能工作中屬于關(guān)鍵部分。其作用在于通過管理防止能量的泄露等問題的出現(xiàn)。通過對能量進(jìn)行數(shù)據(jù)化測量并科學(xué)管理，可以了解到空調(diào)的資源消耗及其的細(xì)節(jié)情況和其各自所耗費(fèi)的成本。工作人員可以據(jù)此進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，做出合理預(yù)測和并提出相應(yīng)決策。若想使得暖通空調(diào)耗能最低，必須對其進(jìn)行能量管理，確立優(yōu)化控制、能量管理與系統(tǒng)調(diào)節(jié)三大模塊，并對它們進(jìn)行合理配置優(yōu)化，最大可能的降低空調(diào)的耗能量。具體來說，就是在能量管理模塊中當(dāng)耗能量將要達(dá)到某點(diǎn)時(shí)，可操作開關(guān)來加以調(diào)整，盡量減少耗能量。其操作分為對開發(fā)控制優(yōu)化、負(fù)載循環(huán)及夜間氣洗幾個(gè)步驟。

1.2 暖通空調(diào)優(yōu)化控制的必要性分析

(1)目前暖通空調(diào)控制技術(shù)中的問題。首先，系統(tǒng)耗能量過大。現(xiàn)代社會，空調(diào)在越來越廣泛的運(yùn)用在了人們生活的方方面面。與此同時(shí)，因經(jīng)常使用空調(diào)導(dǎo)致的耗能過大問題也在愈發(fā)突顯出來。在較大規(guī)模建筑中，其耗能總量的一半都是中央空調(diào)耗能。原因在于:一是空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是用戶的最大需求，但系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)往往處于低耗能狀態(tài)，根本不合理;其次，運(yùn)行質(zhì)量不佳。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，很多使用空調(diào)的建筑存在甲醛超標(biāo)、濕度狀態(tài)不正常等現(xiàn)象，使得室內(nèi)環(huán)境不佳，影響著人們的工作及生活。

(2)導(dǎo)致空調(diào)控制技術(shù)問題的原因分析。首先，最大負(fù)荷算法及定工作點(diǎn)法是目前設(shè)計(jì)暖通空調(diào)時(shí)候主要采用的方法。但實(shí)際上，空調(diào)通常是在較低耗能情況下運(yùn)行，導(dǎo)致能量浪費(fèi);同時(shí)，空調(diào)周圍環(huán)境的影響因素是在不斷變化的，采用定工作點(diǎn)的方式根本不足以適應(yīng)環(huán)境并做出調(diào)整，也使能量浪費(fèi)更加嚴(yán)重;其次，控制器存在不足。因在空調(diào)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，非線性現(xiàn)象及環(huán)境變化導(dǎo)致現(xiàn)在多數(shù)控制器都無法適時(shí)作出調(diào)整、勝任實(shí)際需求，導(dǎo)致能量浪費(fèi)。

綜上，必須采取措施對暖通空調(diào)控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制與能量管理現(xiàn)狀

2.1 優(yōu)化控制及能量管理現(xiàn)狀

(1)對工作點(diǎn)的優(yōu)化控制。我國最近幾年才開始關(guān)注對工作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化控制。某外國專家創(chuàng)設(shè)了一種方法，可根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)及算法調(diào)整空調(diào)的控制點(diǎn)、優(yōu)化系統(tǒng);他后來又根據(jù)自適性理論對空調(diào)的“空氣處理”加以優(yōu)化控制研究。我國專家創(chuàng)設(shè)過一種算法，可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)讓目標(biāo)值(如耗能量)達(dá)到最小，以此來進(jìn)行優(yōu)化。另外，還有人模擬系統(tǒng)里面各設(shè)施狀況時(shí)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)成優(yōu)化［1］。

現(xiàn)如今，人們對優(yōu)化控制進(jìn)行研究時(shí)，很多先進(jìn)的算法和方法都會被采用，有時(shí)收效顯著［2］。但總體看來，我國的專家更多的是用一些方法技術(shù)對空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制研究，而實(shí)際收效并不多。

(2)整定基礎(chǔ)控制器。在回路控制領(lǐng)域，有人提出優(yōu)化系統(tǒng)可運(yùn)用ANN 模型;還有人認(rèn)為，要降低耗能量用專門的算法對如何把控蓄冷量進(jìn)行研究;另外一些人致力于研究如何把控溫度變化量，等等。

因具體情況復(fù)雜，回路控制器的選擇要考慮多方面因素。目前很多專家都對控制器進(jìn)行研究并取得一定收獲［3］。

(3)能量管理。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用到各領(lǐng)域的研究與實(shí)踐工作中。暖通空調(diào)的監(jiān)控及其管理中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)也逐漸成為了最主流的方式。因?yàn)椋瑧?yīng)用計(jì)算技術(shù)于系統(tǒng)控管中，可以有效降低耗能量、并減少勞動量，同時(shí)提高系統(tǒng)質(zhì)量使社會經(jīng)濟(jì)效益提高［4］。

具體來說，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究有:對在監(jiān)控中對中央管理器進(jìn)行操作改變相應(yīng)的參數(shù);依據(jù)操作臺指令對水泵等設(shè)施進(jìn)行操作，并依據(jù)相關(guān)溫度信息對設(shè)施進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對變溫來源與輸送中的自動節(jié)能;根據(jù)變頻技術(shù)并開發(fā)相應(yīng)軟件，以使節(jié)能目的實(shí)現(xiàn);對溫度進(jìn)行計(jì)算，選擇合適設(shè)備進(jìn)行節(jié)能;有人依據(jù)通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，在理論研究基礎(chǔ)上，對各通風(fēng)方案優(yōu)劣進(jìn)行分析，提出以VAV 末端與AHU 優(yōu)化進(jìn)行分析，可以大大使得耗能量降低。

2.2 暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)發(fā)展趨勢分析

(1)引入“嵌入式”及“智能控制”理念。與現(xiàn)在主要采用傳統(tǒng)PID策略、8 位單片機(jī)、重在加強(qiáng)自動化能力的空調(diào)系統(tǒng)不同的是，今后的系統(tǒng)會融入“嵌入式”、和“智能控制”理念，讓控制對象在多種條件下都可以進(jìn)良好的學(xué)習(xí)、以使得每個(gè)過程的控制效果都達(dá)到最優(yōu)［5］。

(2)靈活選擇控制方式降低耗能。現(xiàn)今的空調(diào)系統(tǒng)對設(shè)施的各參數(shù)進(jìn)行控制時(shí)，均會設(shè)定工作點(diǎn)，其缺點(diǎn)是應(yīng)變性不佳，無法保證在每個(gè)情況下的控制效果達(dá)到最佳。于是，如何根據(jù)不同的情景選擇使整個(gè)系統(tǒng)耗能量達(dá)到最低的控制方式，最大可能的進(jìn)行節(jié)能，成為了人們所關(guān)注的問題。

(3)注重能量管理。目前對暖通空調(diào)系統(tǒng)的管理主要關(guān)注的信息監(jiān)控領(lǐng)域，而對如何進(jìn)行能量管理卻少有研究。所以，今后的系統(tǒng)管理，人們會越來越多注重如何通過系統(tǒng)對用戶利用能量狀況進(jìn)行監(jiān)管。

(4)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及。當(dāng)前的空調(diào)系統(tǒng)的控制協(xié)議并不統(tǒng)一，信息交流存在一定的不便。但以后社會因網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及逐漸向信息化發(fā)展，要求空調(diào)各系統(tǒng)間信息要進(jìn)行互通，且能量管理等部分也要加入特定的信息系統(tǒng)中，方便信息間的互通。

(5)控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展。據(jù)筆者親自對一些實(shí)施控制新技術(shù)的寫字樓、餐廳等建筑進(jìn)行的實(shí)地調(diào)研，了解到不管是哪種技術(shù)、仍經(jīng)常有用戶反饋效果不佳。在濕度、溫度相同的情況下，會因不同用戶產(chǎn)生不同的感受，使得有人感覺良好、有人感覺不佳等。于是，今后的控制方法和管理手段會更多考慮到每個(gè)用戶的不同感受，將發(fā)生巨大改變。比如，可運(yùn)用傳感技術(shù)等方式，通過模擬人體狀態(tài)并具體分析研究，設(shè)計(jì)出符合人體最佳感受的控制管理系統(tǒng)。

3 結(jié)論

綜上，目前暖通空調(diào)的系統(tǒng)控制中存在很多局限，使得空調(diào)的能源浪費(fèi)嚴(yán)重、且影響到周圍良好的環(huán)境創(chuàng)建，不利于人民生活水平的提高和國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展。因此，必須采取措施對該狀況加以改善。對暖通空調(diào)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化控制及能量管理是有效的改革方案。現(xiàn)今很多專家都在采取措施改善我國空調(diào)的優(yōu)化控制和能量管理技術(shù)，并取得了一定的收效，但仍有待完善。本文在對當(dāng)前現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上預(yù)測了未來該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

［1］張會洲.暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制與能量管理的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.電子制作，2013，12(6):238.

［2］馬慶.辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)用能優(yōu)化研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2012.

［3］楊珊珊.淺談暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)分析［J］.科技資訊，2014，11(5):87 -88.

［4］練斯甄.冷水機(jī)組能效預(yù)測及節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行研究［D］.廣州:華南理工大學(xué)，2014.

［5］易泗濱.暖通空調(diào)變工況點(diǎn)優(yōu)化控制及能量管理研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向探討［J］.江西建材，2011，03(3):8 -9.