自動控制在暖通空調系統(tǒng)中的發(fā)展與應用

郭 洋

(太原市熱力集團有限責任公司城南供熱分公司，山西 太原 030045)

隨著國家經濟的迅猛發(fā)展，城市化建設的推進使得人民的生活有了極大的提高，不僅能夠為人們營造良好的生活環(huán)境，而且還可以提高人民的生活質量。然而，隨著暖通空調系統(tǒng)在人們生活中的大量應用，造成了一定的環(huán)境問題和能源消耗問題，尤其是空氣污染等方面獲得了社會關注。不論單位還是個人應用空調造成的能源消耗基本占總建筑能耗的1/2，以中央空調為例，中央空調消耗的電能基本占整棟建筑電能消耗的六成左右。空調的應用在帶來極大的生活便利的同時，也造成了能耗和環(huán)境問題，因此需要深入研究空調使用過程中的節(jié)能工作，促進國家社會與經濟的可持續(xù)發(fā)展，建立環(huán)境友好型社會。

1 國內暖通空調自控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代科技在各行各業(yè)中的發(fā)展，國內也在不斷提高自主研發(fā)的比重，相關領域的研究者開始對自動控制系統(tǒng)及理論和應用進行研究，逐漸將自動控制系統(tǒng)與暖通空調系統(tǒng)進行結合，旨在節(jié)能減排，提高暖通空調系統(tǒng)的環(huán)保性。隨著社會各界對于節(jié)能減排這一理念的認同，國內大部分空調在進行設計和研究的時候相關標準之一就是做到節(jié)能與環(huán)保，但是由于受到多方面因素的影響和制約，相關理論體系還不夠完善，使得國內的空調節(jié)能限度較低，最高只能達到30%。近年來通過不斷的研究發(fā)現(xiàn)，在空調運行階段，借助系統(tǒng)來調節(jié)變頻器，可以降低輸出頻率的方式來實現(xiàn)對水泵轉速的有效控制，進而控制能源消耗，減少電能浪費的情況。這為當前暖通空調系統(tǒng)在節(jié)能減排目標上提供了一定的研究方向。國內雖然一部分智能控制理論方面的體系和架構還不夠完善，但是已經有了具體的研究方向和研究目標。

2 自動控制在暖通空調系統(tǒng)中應用的主要特征

當前各行各業(yè)都對自動化控制和生產有著一定的要求，因此相關領域對于自動化控制提出了較高的要求。目前，國內空調自動化控制已經有了一定成果，但是還需要深入在科研領域進行探索。在暖通空調系統(tǒng)中，自動化控制的應用涉及如下三個階段：1)20世紀80年代左右，所采用的中央空調控制系統(tǒng)僅有簡單的一個開關鍵，其借助熱繼電器或壓力繼電器進行管理，從而達到對設備進行自動控制的目的。2)工業(yè)技術的不斷發(fā)展帶來的新變化，PID控制器在自動管理領域的實際應用使得自動控制系統(tǒng)更加完善和健全，在PID的基礎上來改造和完善控制設備，有超過80%的空調控制系統(tǒng)采用了該控制系統(tǒng)和理念。3)當前研究階段，智能技術的發(fā)展使得空調系統(tǒng)也在逐漸追求智能控制和更高等級的自動化控制，國內逐漸將新的智能控制系統(tǒng)應用于暖通空調系統(tǒng)。

3 自動化理論在HVAC中的具體應用

自動控制技術的理論和實踐逐漸完善，在應用過程中也有了不同的分支變化，但是最終都是為了實現(xiàn)通過智能技術對暖通空調系統(tǒng)的管理，切實落實節(jié)能減排、保護環(huán)境的要求，形成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，促進社會與經濟的全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展。

3.1 在暖通空調自動系統(tǒng)中模糊控制的應用

在暖通自動控制系統(tǒng)中，模糊控制就是指對房間溫度進行模糊感知和預測，通過對人體溫感的研究做到方針對比，從而完成整個系統(tǒng)的控制和管理。在模糊控制暖通空調自動系統(tǒng)中，控制器能夠實現(xiàn)較好的完整的運行回路，在運行實驗中也能夠保障較好的穩(wěn)定性。例如，大型客運站中央空調系統(tǒng)涉及到了三個控制系統(tǒng)，他們均是在模糊控制的基礎上建立起來的暖通空調控制系統(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)定的運行。事實上，PID控制系統(tǒng)的操作原理較為簡單，一旦出現(xiàn)問題能夠實現(xiàn)快速的維修工作，PID控制系統(tǒng)也具有較為廣泛的應用范圍。但是這一系統(tǒng)運行不算穩(wěn)定，整體的運行效率也比較低。而基于模糊控制下的暖通空調管理系統(tǒng)性能更好，具有適用范圍廣的特點，并且模糊控制系統(tǒng)并不需要建立被控對象的模型。但是模糊控制系統(tǒng)對環(huán)境的適應能力比較差，不能完全實現(xiàn)對溫感的探測感知，并且也需要對控制參數(shù)進行提前的設置。

3.2 暖通空調自控系統(tǒng)中神經網絡控制的應用

神經網絡控制系統(tǒng)包括下述幾個方面的內容：1)風機盤管熱水系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的PID系統(tǒng)相比，神經網絡控制系統(tǒng)具有更強的水溫控制能力，這就意味著神經網絡控制系統(tǒng)能夠對控制能源的消耗問題給予準確的預測，這樣不僅可以達到節(jié)能減排的目的，而且還可以實現(xiàn)對環(huán)境的保護。2)在暖通空調控制過程中，應用神經網絡控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對系統(tǒng)整體運行狀態(tài)與周邊環(huán)境條件進行有效控制，從而實現(xiàn)對整個設備更精準有效的控制，在此技術上對于設備的控制也能夠更加科學合理，從而提供良好的節(jié)能效果。

3.3 在暖通空調自控系統(tǒng)中基于遺傳算法的運用

遺傳算法并不是新興的研究方向，事實上，早在20世紀60年代美國就開始使用了遺傳算法，其一般是通過對數(shù)學模型的分析和研究來構建一套借助空間搜索來達到隨機搜索的一種運行模式。在初期空調系統(tǒng)設計階段，遺傳算法就開始被慢慢的引入到PID管理系統(tǒng)中，并且運行過程中，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用價值，遺傳算法不需要依賴數(shù)學模型，具有非常強的信息搜索能力，與模糊控制進行結合能夠實現(xiàn)對空調系統(tǒng)的變頻控制，從而促進了相關領域的技術發(fā)展，從其他思路實現(xiàn)了對能源的節(jié)約。

3.4 暖通空調自控系統(tǒng)與常見控制方法的結合

在實際應用的過程中，暖通空調運行系統(tǒng)需要借助大量的非線性及參數(shù)關系，導致自動化控制操作系統(tǒng)比較復雜。基于這個原因，該領域的專業(yè)人士開始對其進行了更加深入的分析和研究，不斷提高其實際應用適應性。將傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)與模糊控制系統(tǒng)進行有效的結合，通過應用測試來提高暖通空調自控系統(tǒng)的運行效率。通過測試發(fā)現(xiàn)，融合后的系統(tǒng)可以更加精準的實現(xiàn)對空調的控制管理工作。換一個思路，也能夠實現(xiàn)傳統(tǒng)PID控制與模糊控制系統(tǒng)的融合，從而完成對空調管理系統(tǒng)的有效控制，更加靈活多變的實現(xiàn)空調設備的節(jié)能要求。

4 自動控制在暖通空調控制系統(tǒng)中的應用前景

隨著社會經濟科技的迅速發(fā)展，人們對于暖通空調系統(tǒng)的要求更高，促使暖通空調控制系統(tǒng)的功能越來越完善，也使得設計更加困難，涉及到的相關模型和參數(shù)也會更加復雜。僅僅使用傳統(tǒng)的PID系統(tǒng)已經不能完全實現(xiàn)設計要求，需要研究控制更加精準的系統(tǒng)，這樣一來神經網絡控制與模糊控制理論系統(tǒng)可以達到更高級的控制管理。除此之外，在運行過程中，傳統(tǒng)暖通空調控制系統(tǒng)雖然能夠做到對空調耗能的控制，但是也伴隨著能耗大和多變量等問題，此時可以借助神經網絡系統(tǒng)或模糊控制系統(tǒng)使上述問題得到有效解決。當前的研究還需要一定的深入研究，從而真正實現(xiàn)高效的節(jié)能控制。

5 結語

隨著社會經濟和科技的發(fā)展，促進了自控系統(tǒng)的發(fā)展。自控系統(tǒng)在暖通空調系統(tǒng)中具有較好的應用前景，當前的應用水平還能夠實現(xiàn)進一步的提高，智能技術在自動控制中的融合能夠實現(xiàn)對空調系統(tǒng)更加精準的控制。因此還需要相關技術人員不斷進行深入研究，進一步提高暖通空調的使用性能。