暖通空調制冷系統的優化與控制技術分析

王晴晴

摘? 要：近年來，我國社會和經濟飛速發展，居民收入水平不斷提高，人們越來越關注生活環境的質量。空調成為人們日常生活中必不可少的配置。空調能夠幫助調節室溫，提高空間的舒適度，還能夠起到凈化空氣的作用。空調在夏季的使用更加頻繁，空調的能耗也相對比較大，它幾乎占到整個建筑的一半以上。如何提升空調的運行效率，降低空調的能耗是近年來專業人員研究的重要課題和方向。文章通過對空調制冷系統的工作原理分析，對暖通空調制冷系統的優化和控制技術進行深入的分析。

關鍵詞：暖通空調;制冷系統;優化控制

中圖分類號：U463.851? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）06-0157-02

Abstract： In recent years， with the rapid development of society and economy and the continuous improvement of residents' income， people pay more and more attention to the quality of living environment. Air conditioning has become an indispensable configuration in people's daily life. Air conditioning can help adjust the room temperature， improve the comfort of the space， but also play a role in purifying the air. Air conditioning is used more frequently in summer， and the energy consumption of air conditioning is relatively large， which accounts for more than half of the whole building. How to improve the operation efficiency of air conditioning and reduce the energy consumption of air conditioning is an important topic and direction for professionals to study in recent years. Through the analysis of the working principle of the air conditioning refrigeration system， this paper makes an in-depth analysis of the optimization and control technology of the HVAC refrigeration system.

Keywords： HVAC; refrigeration system; optimal control

引言

隨著社會的進步和經濟水平的提高，人們追求舒適的辦公環境和居住環境，我國大部分商用和民用建筑中都配置了空調，鑒于目前能源的短缺，提升空調制冷系統的優化控制，降低空調能耗，能夠有效的促進社會經濟的健康發展。暖通空調制冷系統的年能耗量，占據建筑總能耗量的25%-50%左右，空調作為優化環境的必要基礎設計，普遍性強，同時也產生了大量的能源消耗，加劇了能源的供需矛盾。暖通空調的制冷系統是暖通空調的最重要的部分，也是能源消耗最大的組成部分，加強對暖通空調制冷系統的優化和控制，是降低系統的能耗量，提高系統運行效率的最有效的途徑。

1 暖通空調制冷系統的工作原理

暖通空調的實際作業過程中，最主要制冷效果是通過熱量的交換來完成。通過制冷劑在冷凝器、壓縮機、節流閥、蒸發器四個設備中不停的循環，促使制冷劑自身狀態變化的同時完成對熱量的吸收和釋放。蒸發器負責吸收熱量，對大量熱量的收集工程中，制冷劑發生變化由原來的液體轉變成為低溫低壓的氣體，此部分氣體進入到壓縮機中，受壓縮機作用轉變成為高壓高溫氣體，該氣體進入冷凝器中，把自身的熱量傳遞給空氣和水，并轉變回液體。通過如此的循環，熱量的交換來實現降溫的目的。暖通空調的實際運行中，不光存在制冷劑的循環，還有冷凍水、冷卻水、室內空氣的循環，制冷劑通過壓縮機作用，被壓縮成液態后進入蒸發器當中，之后與冷凍水進行熱量的交換，再經過冷凍泵，這時冷凍水就來到風機封口的冷卻盤管中，通過風機的吹送作用進行降溫處理。制冷劑經過蒸發后，通過冷凝器轉換成為氣體，經由冷卻泵，冷卻水被送至冷卻塔上，通過水塔風機的噴淋冷卻，最終經過跟空氣之間的熱量交換，實現了熱量的釋放。在熱量的循環和轉換過程中，制冷劑都參與其中，并發生了熱量交換，如此循環才能夠達到制冷的效果，將室內的溫度下調，實現舒適的環境溫度。從以上的制冷過程不難看出，制冷系統完成了空調運行的主要過程，是至關重要的組成部分，同時也是能源消耗的主力。因此想要降低暖通空調的能耗就必須對制冷系統進行充分的優化和控制，以提高運行的效率，從而實現降低能耗的目標。

2 暖通空調制冷系統的發展現狀

眾所周知，空調是通過制冷劑的循環變化來完成溫度的調節，從而營造潔凈舒適的環境。目前氟利昂化合物是我國最常見的制冷劑。氟利昂是一種無毒，化學性能穩定且不可燃的化合物，它還具有良好的熱力學性能。在暖通空調的運行過程中，發揮出很好的制冷效果和制冷效率，因此氟利昂化合物適用于各種制冷設備，得到了廣泛的應用。但是氟利昂化合物的應用也帶來了一定的負面影響，氟利昂長時間的存在大氣中，其中一小部分會深入平流層，在強烈的紫外線的作用下被分解，氟利昂分子分解出氯原子，進而和臭氧發生一系列的反應，一個氟利昂分子就能破壞大約10萬個臭氧分子，臭氧層被破壞造成的嚴重后果，直接影響植物的生長，致使海洋生物死亡，人們皮膚患病率增加，南極上方甚至出現了臭氧空洞。氟利昂在大氣中的濃度不斷增加促進了“溫室效應”，冰川大規模的融化致使海平面上升，會導致沿海的一些國家和城市被淹沒。基于氟利昂對環境污染的不利影響，我們需要尋找更適合的制冷劑。目前廣泛使用的R410A制冷劑，不僅無毒，而且性能也很穩定，最重要的是這種制冷劑更加清潔，主要由氟、氫、碳元素組成，不會造成臭氧空洞和溫室效應。R410A制冷劑受到全國乃至全世界的一致推崇。

3 暖通空調制冷系統的優化與控制技術分析

暖通空調制冷系統在運行過程中，容易受到室外環境和室內環境狀況的影響，為了保證制冷系統的正常運轉，提高運行效率，保證暖通空調制冷系統的制冷效果，一般情況下，制冷系統會全部進入運行的狀態，這樣無疑給一部分制冷系統的作業造成壓力，使其超負荷運轉，造成了大量的能源消耗。基于此，針對暖通空調制冷系統的優化和控制的方案，應該以其負荷狀態為方向，研究制冷系統在最佳狀態下的吸氣壓力，為提升空調的運行，降低能源的消耗提供必要的依據。

3.1 BP神經網絡的應用

BP神經網絡在暖通空調的制冷系統中是比較常見的，這種網絡系統的優點在于，不僅能夠對多層進行反饋，解決神經網絡中相關的隱藏問題，還能促進非線性映射問題的解決。首先，BP神經網絡能提高信息處理能力，BP神經網絡通過對文字、語言、圖片等信息的有效識別，將不同的信息類別進行準確的歸類，幫助工作人員減輕作業負擔，提高信息分類整理的準確性。另外，BP神經網絡能夠利用網絡結構，結合非線性的特點組建函數模型，對函數系統實行精準化控制。函數模型在工業化控制系統中的運用，能有效把控機械運行方式。將其運用到暖通空調的制冷系統中，能夠模擬制冷系統中制冷機的吸氣壓力。基于暖通空調制冷機能耗的非線性，為分析其能耗的狀況造成一定的阻力。因此，通過BP神經網絡可以模擬制冷系統運行真實的情況，并得到有關的可靠數據，從而提高技術人員參數的精準度。最后，利用BP神經網絡可以真實模擬風險性函數的特點，建立符合實際運轉要求的網絡模型，為暖通空調的制冷系統的優化和控制方案提供參考和依據。

3.2 Matlab語言的應用

Matlab語言一種程序語言，它能夠處理大量的龐雜數據，而且保證數據處理的效率和準確率，是一種數據處理能力的極強程序語言。Matlab語言廣泛應用到控制系統、圖像處理系統和仿真系統等各個領域。科學技術的發展，不斷促進Matlab語言應用系統的提升，各個領域的研究人員也基于自身的工作需要，不斷探索研究，制造了Matlab語言工具箱。工具箱方便人們調取實際工作中相關的某一子程序，也就是模塊化的應用。如此一來，不僅能夠提高使用的便捷性，還有利用簡化控制操作流程。Matlab語言和BP神經網絡可以同時作用于暖通空調的制冷系統，兩者的結合，實現的制冷系統的模塊化控制。制冷系統可結合模塊特征來完成相關設定，制冷系統的運行和操作也更加便捷，提高了暖通空調的運行效率。

3.3 自適應模糊控制系統的應用

自適應模糊算法是基于自適應模糊控制器、自適應學習能力模糊邏輯系統的算法，該算法能夠通過對采集的數據及信息的分析，對邏輯關系的參數實施自調整。自適應模糊系統采用了自適應模糊算法的優化控制策略，來實現對暖通空調制冷系統的優化控制。首先它可以實現對制冷系統的整體優化。因為暖通空調制冷的過程，是多個子程序同步循環的過程，是一個有機的整體，單純的對某一個或者是某一部分的元件實施優化，雖然在一定程度上能夠提升運行能力，但空調的運行能耗并未得到有效的控制。自適應模糊控制系統的是以整體的優化為出發點，將制冷系統進行全局優化。其次，自適應模糊系統還能有效的控制制冷系統的消耗功率。通過自適應模糊算法，能找到冷卻水系統的最適宜溫度，促進空調制冷系統于外在環境的協調性，進而實現制冷系統運用最低的能耗完成傳熱過程中的平衡。如此一來，有效的控制了制冷系統的消耗功率。最后，自適應模糊控制系統具有強大的調節能力和學習能力。它可實現控制參數的實施在線調節，促進優化控制模塊的進步和改善，確保控制調節的有效性。

4 結束語

總之，暖通空調作為現代化建筑當中不可缺少的一部分，在給人們提供優越舒適的居住和辦公環境的同時，也造成了巨大的能源損耗，制冷系統占據了暖通空調能源消耗的大部分。因此對暖通空調制冷系統的優化和控制有重要的經濟價值和社會效益。依據國家可持續發展的戰略要求，相關工作人員要不斷的研究和探索，尋找出更加適合的優化暖通空調制冷系統的方式方法，并切實落實到實際的暖通空調的設計和運行中，未來的發展過程中，還需要對制冷系統的實施不斷的提升，將節能環保和智能作為未來發展最主要的方向。暖通空調制冷系統的優化和控制不僅為創造舒適的環境提供支持，還可以幫助使用者節省開支。我們要將節能理念貫徹到生活的每一個細節中，提高人們的精神文明建設，促進人與自然的和諧發展。

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