大型暖通空調關聯節能調控模型設計

賈玉貴++秦景

摘 要： 針對過去設計的大型暖通空調節能調控模型控制方法不佳，設計了大型暖通空調關聯節能調控模型，探討了大型暖通空調水流量與水泵功率和轉速的關系，初步設計出水流量節能調控數學模型，分四路實施PID控制，給出水流量控制方案與控制結果。隨后將人流量和外部溫度兩種影響因素關聯到水流量節能調控數學模型中，構建關聯節能調控模型，利用Matlab模糊控制方法實現節能調控，使用遺傳算法求解關聯節能調控模型。實驗對設計模型的控制誤差和節能效率進行測試，取得了令人滿意的測試結果。

關鍵詞： 暖通空調； 節能； 調控模型； 遺傳算法

中圖分類號： TN02?34； TM92 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）09?0179?04

Abstract： Since the previously?designed energy?saving control method of the large heating and ventilation air conditioning （HVAC） is poor， a correlation?based energy?saving control model of large HVAC was designed. The relation between the water flow of the large HVAC and power of the water pump， as well as rotational speed is discussed. The mathematical model of the water flow energy?saving control was designed to implement the PID control with four channels. The water flow control scheme and control results are given. The influence factors of visitors flow rate and external temperature are associated with the mathematical model of water flow energy?saving control to construct the correlation?based energy?saving control model. The Matlab fuzzy control method is used to realize the energy?saving control. The genetic algorithm is adopted to solve the correlation?based energy?saving control model. The control error and energy?saving efficiency of the model were tested with experiment， which have the satisfied test results.

Keywords： HVAC； energy saving； control model； genetic algorithm

0 引 言

暖通空調是一種兼具了取暖、換氣以及空氣控制作用的多功能設備，大型暖通空調備受商場、智能樓宇和工廠等地的青睞[1]。據不完全統計，使用大型暖通空調區域的耗能量比無空調區域的耗能量高出9倍，占據總耗能量的25%左右，由此可知，大型暖通空調節能調控對社會發展具有重要意義。

過去提出的大型暖通空調節能方法主要包括硬件節能和軟件節能，如文獻[2]中介紹的基于可編程控制器的大型暖通空調節能調控方法就是一種軟件節能方法，其使用可編程控制器改變大型暖通空調暖通器件的工作方式，具有節能效率好的優勢，但控制方法過于單一，控制效果不佳。文獻[3]中使用的硬件節能方法是使用阻流器限制空調輸出實現節能，這種方法的節能效率雖好，但嚴重影響了暖通空調的正常功能。文獻[4]利用動態管理算法對大型暖通空調的動態特征進行建模分析，有效優化了節能效率，但在人流量大的區域內控制誤差大，并且節能效率不理想。

根據以上描述得知，軟件節能方法對大型暖通空調的節能控制最為準確，但節能效率仍需進行優化。過去提出的軟件節能方法未考慮到大型暖通空調水流量會受外接環境因素影響而出現變動，所以方法的節能效率存在明顯的不穩定性[5]。現提出一種大型暖通空調關聯節能調控模型設計方法，設計水流量節能調控數學模型，并將外界影響因素關聯到模型中進行綜合控制，實現對模型控制誤差與節能效率的優化。

1 大型暖通空調關聯節能調控模型設計

1.1 水流量節能調控數學模型

大型暖通空調中水泵的水流量和功率與其轉速有關。在現實生活中，水泵的即時轉速往往不會等同于額定轉速因此水泵的即時水流量和即時功率也會與額定水流量額定功率產生偏差，但始終滿足能耗比[6]。所提大型暖通空調關聯節能調控模型設計方法設那么空調水泵的即時單位做功量則可表示為：

水流量節能調控數學模型給出的控制方案是：當大型暖通空調制冷量或制熱量未達標時，不對水泵即時功率做限制。當制冷量或制熱量達標時，首先調控冷卻水泵的水流量，提高冷卻水與環境的溫差，隨后調控冷凍水泵的水流量，盡可能使熱能量符合式（3）標準[8]。如果無法達到式（3）標準，則使用大型暖通空調的最小水流量實現節能。

1.2 關聯節能調控設計

大型暖通空調中水流量節能調控數學模型的理論基礎是熱力學第一定律，即能量守恒定律，大型暖通空調所處環境的熱能與其經由冷水吸收的熱能始終平衡，這樣一來才能夠保證環境溫度的近似恒定。空氣流動產生的熱能、環境中建筑材料與架構的導熱熱能、流動人口身體發熱、環境占地面積、外部氣候以及大型暖通空調參數等因素都會對環境溫度造成影響，削減大型暖通空調的節能效率[9]。式（4）給出的節能結果未能考慮到這些因素，故只能在人流量少、氣候條件好的理想情況下使用，為保證節能效率，需要將外界影響因素關聯到模型中，如圖2所示。