暖通空調制冷系統的優化控制研究

闞昌利（廣東美的暖通設備有限公司，廣東 佛山 528311）

一、暖通空調制冷系統的原理

通過制冷劑進行熱量的交換是暖通空調制冷系統的主要原理，制冷劑會在壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流閥四個元件中不斷循環，自身的狀態發生了一定的變化，可以把吸收熱量和釋放熱量這一結果實現。制冷劑會在蒸發皿這一元件中吸收熱量，吸收完熱量后，制冷劑就會由一開始的液體變成高溫高壓的氣體狀態[1]。隨后，被氣化的冷卻劑會把自身的熱量傳給空氣或者是水，再次變成初始的液體狀態。這是一個循環的過程，想要實現熱量的交換就要多次進行這個循環，從而可以達到降溫這一目的。

暖通空調不僅有制冷劑循環，還有冷卻水循環、冷凍水循環和室內空氣循環三種。這三種循環都可以做到和冷卻劑發生熱量交換，直接或者間接的，可以幫忙降低室內空氣的溫度，可以達到制冷的效果。從暖通空調的原理進行分析，制冷空調在能源消耗中占的比重是最大的，如果想要最大限度的降低能量損耗，就要對其進行優化控制。

二、優化控制暖通控制系統性能的方法

逆卡諾定理表明，暖通空調制冷系統的性能指數COP和冷卻水溫度TC是存在函數關系的。也就是說，在某一負荷率之下，COP＝f(Tc)

所以，如果要對某一個具體的暖通空調進行優化控制，想要尋找冷卻水最佳的溫度Tcm點，需要尋找在某負荷率下制冷系統的制冷系統能效比COP。下圖是系統各元件消耗功率和冷卻水溫度在不同負荷條件下的關系圖。

從圖中可以看出來，隨著冷卻水溫度的增加，冷卻水機組壓縮機的消耗量也會增加；然而冷卻水泵和冷卻塔風機的消耗功率則恰恰相反，會因為冷卻水的溫度增加而降低。發生這種情況的原因是，在系統安全裕度范圍之內，冷卻水溫度一旦增加，冷卻水機組的流速也會增大，換熱效率就會增加，那么冷卻水機組壓縮機的功耗也會隨之降低[2]。但是，隨著冷卻水溫度的升高，冷卻水泵水量和冷卻塔風機的流速也會逐漸的提高起來，這樣的話，能耗就必然會增加。

與此同時，這也進一步說明了系統整體的節能并不能僅僅依靠系統中某一個元件的節能。當制冷系統總能耗最低時，溫度點處于最低，但是一旦發生變化，超過或者低于這一溫度點，制冷系統總功率的消耗也都會變多。所以，如果想要優化控制好暖通空調制冷系統性能，以系統的總能耗最低為控制目標是關鍵，進而尋找到不同工況條件下冷卻水的最佳溫度值，并且，要確保制冷系統的運行始終基于該溫度之下，確保系統的能效比COP可以達到峰值，但消耗的總功率應該最小。

三、自適應模糊算法的優勢

本文主要采用的優化控制策略是基于自適應模糊算法，它有許多優勢，不僅可以將不同工況條件下冷卻水的最佳溫度值準確的尋找出來，還能比較與實際冷卻水之間的差異，從而通過偏差值的大小合理調節空調冷卻系統中的冷卻水流量和冷卻塔風量，可以實現優化控制制冷系統整體性能。

自適應模糊控制器是自適應模糊算法的基礎，并且，它所具有的模糊邏輯系統具有自適應的學習能力，它可以對所收集到的數據信息進行分析，適當的自調整邏輯系統的參數。這種算法在制冷系統優化控制的應用具有不少性能優勢。

(一)可以實現整體性優化系統性能

因為暖通空調制冷系統的制冷系統是由多個子循環過程構成的，是一個有機整體。但是，如果僅僅是優化控制某個子過程或者某一個元件的性能是遠遠不夠的，因為這樣只能做到局部的一些優化，對于制冷系統整體的能耗要達到最低是不能保證的[3]。但如果我們采用自適應模糊算法，就可以做到考慮制冷系統的整體，可以將優化控制做到全局化和整體化。

(二)進行良好的消耗功率控制

如果我們利用自適應模糊算法，那么就可以得到冷卻水系統的最佳溫度Tcm,那么空調制冷系統和環境條件之間的協調運行就可以很好的實現，系統利用最低的能耗完成逆向傳熱全過程的熱平衡，從而可以實現系統對消耗功率良好的控制

(三)在線調節功能強大

自適應模糊算法具備的學習能力和調節能力極強，所以它能夠實時在線的調節和校正被控制參數[4]，也可以確保能夠不斷的完善和改進優化控制模塊，保證可以得到準確和有效的優化控制結果。

在一些暖通空調的制冷體統控制中往往也會采用其它的神經網絡和算法，也是可以起到想要的效果。但如果從本質上來說，對暖通空調制冷機能耗的控制大多類似，都是從實時監測開始，然后再反饋給控制系統收集到的數據，以后再調整系統運行參數，可以將降低能耗的目的達到。

總結:本文采用的制冷系統優化控制策略是自適應模糊算法，它可以根據偏差值的多少合理調節與控制空調冷卻系統中的冷卻水流量和冷卻塔風量，從而使實際的冷卻水溫和最佳溫度值Tcm,可以實現優化控制制冷系統的整體性能。經過一系列的實踐應用，我們發現，這種優化控制技術的優勢多種多樣，比如說對環境的變化有很強的自適應能力，整體的節能效果好，并且還可以實現在線調節，可以良好的優化控制暖通空調制冷系統，并且可以獲得不錯的效果。