暖通空調系統的控制技術研究

摘要：建筑節能理念下，應用暖通空調系統時，因未能深入分析系統冷凍水溫、自動化水平等，導致能源消耗大。為此，需要結合暖通空調系統的基本情況，從自動化、節能運行、制冷系統入手，探究控制技術要點，根據建筑功能性、人體溫感等，合理化調節系統運行參數。研究結果表明，通過應用多種控制技術，有助于提高暖通空調自動化運行水平，強化室內制冷效果，節約能耗。

關鍵詞：暖通空調系[A1]"統 控制技術 節約能耗 模糊控制技術

Research on Control Technology of HVAC System

HU Yingji "WU Weirong "LIU Cihuan "YE Junjie

Zhejiang Zhongguang Electric Appliance Group Co.， Ltd.， Lishui， Zhejiang Province， 323000 China

Abstract： Under the concept of building energy efficiency， the application of HVAC systems results in high energy consumption due to the lack of in-depth analysis of system freezing water temperature， automation level， etc. To this end， it is necessary to combine the basic situation of HVAC systems， starting from automation， energy-saving operation， and refrigeration systems， explore the key points of control technology， and adjust system operating parameters rationally， based on building functionality， human temperature perception， etc. The research results indicate that the application of multiple control technologies can help improve the automation level of HVAC operations， enhance indoor cooling efficiency， and save energy consumption.

Key Words： HVAC system; Control technology;" Save energy consumption;" Fuzzy control technology

現代社會，暖通空調系統已成為一項常見建筑設備，具有通風、采暖、調節空氣的功能，能夠維護室內的溫濕度，創建優良的辦公、生活、娛樂環境。但在低碳節能理念下，暖通空調系統運行期間暴露諸多缺點，如依賴人工調節、能耗低、維修難度高等，難以保障室內溫濕度的平衡性。深入探究暖通空調系統的控制技術，對提高建筑節能效果、實現自動化調控具有促進作用。

1" 暖通空調系統的基本情況

商用建筑總占地面積為5 000 m²，建設面積為20 000 m²。暖通空調系統運行過程中，配備型號為CRY-600的冷暖型水冷式空調機組，設計制冷量為60[A2]"0 RT、制熱量為550 RT。其中，空調風系統應用變風量水系統，主要負責調控送風量，實現精準控制室內溫度，并且配備中央空調能源管理系統。現階段，空調機組運行過程中，冷凍水的進水溫度為12 ℃、出水溫度為7 ℃，冷卻水進水溫度為32 ℃、出水溫度為37 ℃，夏季送風溫度為24 ℃、冬季為22 ℃，空氣濕度為60%，以變頻控制方法為主，結合機組負荷大小，調節泵的轉速^[1]。

2" 自動化控制技術要點

2.1" 主要自動化控制技術

利用自動化控制技術調節暖通空調系統時，需引入可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術、模糊控制技術、物聯網技術等。

2.1.1" PLC技術

PLC技術融合微電子技術、通信技術等，具有操作簡單、綜合性強、靈活性高、控制精度高的優勢。在暖通空調系統的自動化控制環節中，利用PLC技術的邏輯運算能力，在編程邏輯控制器的作用下，采集系統信號，通過計算機識別與處理，再向其他運輸單位傳輸，按照設定程序執行操作，實現動態化調控^[2]。

2.1.2" 模糊控制技術

暖通空調系統自動化控制過程中，模糊控制技術可以自動化采集建筑內部溫度，根據溫度變化規律進行溫度預測，再結合人體溫感自動化調控溫度，具有節能性、穩定性、安全性的特征。該技術能同時調控系統的壓力、溫度、濕度等運行參數，將其管控在標準范圍內，可以取得良好的調控效果。

2.1.3" 物聯網技術[A3]

將物聯網技術[A4]"運用于暖通空調自動控制系統中，可以靈活管控系統的開關狀態，采集設備運行技術參數，預測故障隱患，并提前采取有效的解決措施。例如[A5]"：在開關控制器中引入嵌入式技術，以模糊控制算法為基礎，遠程調節溫度、開關狀態。

2.2 實現方式

為促進暖通空調系統自動化控制水平的持續提高，應樹立技術聯合應用理念，設計結構完整的拓撲結構，包含傳感器、有線線路、計算機系統等，分成執行單模塊、控制模塊、通信模塊、輔助模塊，實現協調控制，降低系統運行故障發生概率。系統運行原理：計算機系統控制核心部分，向傳感器發布命令，采集與整理室內環境信息，同時，通信線路負責信息交互，最終向計算機傳輸。

自動化控制系統運行過程中，以大數據平臺為載體獲取數據信息，實行降維訓練。可以從溫度維度入手，利用控制傳感器，全方位采集環境數據，再進行整理分析。正常情況下，室內溫度在均值附近變化，其中，均值指預期溫度目標，設[A6]"定為Q。當溫度過高時，暖通空調系統自動運行，度參數設定為Q_max；當溫度過低時，系統停止運行，溫度參數設定為Q_min。通過以上分析，可得，在暖通空調自動化控制系統作用下，建筑室內溫度表達式為

{Q_min；AO；SF；N48；Q；JI7；9SF；EB8；Q_max} ""[A7]"（1） [A8]

傳感器采集室內溫度參數時，數值在溫度參數最大值與最小值之間。當未在這一范圍時，計算系統能自動識別異常參數，再下達降溫、升溫、維持溫度不變等指令^[3]。

2.3技術應用效果分析

為檢驗自動化控制系統的應用效果，應結合暖通空調系統的運行參數，通過計算機搭建模擬實驗環境，對比分析使用自動化控制技術的暖通空調系統（A組）、未使用該技術的暖通空調系統性能參數（B組），計算空調能耗。

在約束條件下，模擬實驗數值分別為建筑面積200 m²、室內溫度24 ℃、時間100 d、模擬倍數為10 000，記錄兩個系統的單日能耗、總能耗。結果顯示：A組的單日能耗為31.6 kWh，總能耗為3 158.9 kWh；B組的單日能耗為34.3 kWh，總能為3 426.5 kWh。由此可見，通過運用自動化控制技術，可以有效降低暖通空調系統的運行能耗。

在開放條件下，以掌握室內溫度變化情況為核心，其他條件不變。隨機選擇200個溫度參數，計算平均值、最大值與最小值的差。若差異大于5%，則表明當前室內溫度較高，人體舒適性較差。實驗結果顯示：A組共采集200個樣本值，溫度平均值為24.1 ℃、最低溫度為23.9 ℃、最高溫度為24.3 ℃，波動幅度為0.8%；B組共采集200樣本值，溫度平均值為24.3℃、最低溫度為22.3 ℃、最高溫度為25.8 ℃，波動幅度分別為8.2%、6.5%。由此可見，在自動化控制技術作用下，能夠明顯提高暖通空調系統的節能性，精準管控室內溫度。

3節能運行控制技術要點

3.1計算系統最佳出水溫度

對于商用建筑來說，暖通空調屬于一種變流量系統，空調水泵能耗主要受到冷凍水溫的影響。正常情況下，冷凍水的溫度越高，制冷劑能耗逐漸下降，具有線性特征。為此，計算最佳出水溫度時，核心表達式[A9]"為

式中：T_bd為末端出水溫度參數，t_wd為末端出風濕球溫度參數，P為光合負荷率，P_ch與β為系統性能參數值，t_bd為冷凍水溫設計參數，T_w為末端進風濕球溫度參數，T_b為最佳出水溫度。

3.2節能運行控制技術

依據最佳出水溫度計算結果，以降低系統運行能耗為核心，從多層面入手，應用節能運行控制技術，計算出水溫度與實際運行溫度的差值。實踐過程中，應結合暖通空調系統的運行原理，采用變水溫控制措施，以管控冷機、冷凍泵運行功率為重點，分析水泵頻率動態變化特征，再調節的變流量系統的運行溫度，使其與最佳出水溫度一致。具體操作流程：預設初始冷凍水出水溫度→統計水閥開度為100%的冷水機組數量（若數量大于1，則應先計算最佳出水溫度；若數量小于1，則直接進入下一環節）→調整冷凍水出水溫度數值^[4]。

但值得注意的是，調查分析機組末端水閥開度情況時，若發現多臺機組開度為100%，應以0.2 ℃為標準逐步降低出水溫度；若數量≤1，則應按照公式計算最佳出水溫度。計算階段，當出水溫度大于冷凍水最佳出水溫度時，需要按照0.2 ℃的標準提高出水溫度；若小于最佳出水溫度，則需降低溫度數值，以此提高系統節能效果。

3.3節能控制技術測試

為檢驗變水溫控制技術的節能效果，結合現階段暖通空調運行基本情況，利用變水溫控制技術、改進粒子群算法、改進麻雀搜索算法控制技術進行節能效果分析，結果如表1所示。分析表1可知，在其他檢測條件相同的基礎上，運用改進麻雀搜索算法控制技術時，節能量為249.84 kW·h，節能率為4.16%；運用改進粒子群算法時，節能量為377.40 kW·h，節能率為6.29%；運用變水溫控制技術時，節能量為775.14 kW·h，節能率12.92%。通過以上分析可知，采用本文提出的變水溫控制技術，可以取得良好的節能效果，降低暖通空調系統運行成本。

4制冷系統控制技術要點

4.1制冷系統工作原理

暖通空調系統運行過程中，制冷系統屬于關鍵組成部分，配備蒸發器、冷凝器、節流閥、壓縮機等裝置，可以通過調節制冷劑的狀態，吸收與釋放熱量，以此改變室內溫度。工作原理如下：蒸發器可以采集并吸收熱量，將液態制冷劑轉變為低溫低壓狀態的氣體，向壓縮機流動，得到高溫高壓氣體，經過冷凝器傳遞熱量，最終轉換成液態冷凝劑，達到降低室內溫度的目的。相對來說，制冷系統能耗大，因此，需要采取合理化的控制技術，優化制冷設備，減少能耗^[5]。

4.2制冷系統控制技術的實踐應用

4.2.1" 運用BP神經網絡

控制制冷系統，可以減少系統能耗，降低故障率。當暖通空調系統各部分全部運行時，超出最大負荷，產生較大的能耗，需要通過反向傳播神經網絡（Back Propagation，BP）實行多層反饋，高效率、高質量地處理系統數據信息，提取關鍵文字信息，解決非線性映射問題。實踐階段，可以建立函數模型，全過程模擬制冷劑轉換流程，生成非線性曲線，再以此為依據設置技術參數；還可以依托BP神經網絡，模擬系統潛在控制風險，針對性搭建網絡模型，提出優化控制措施。

4.2.2" 采用MATLAB語言

將MATLAB語言運用于制冷系統控制環節，可以加快復雜多源數據的處理速度，并能保障數據處理精度，同時還可以融入仿真系統、圖像處理系統。隨著該技術的持續發展，得到具有模塊化功能的MATLAB語言工具箱，可以用于調取程序數據，優化操作流程。當將其與BP神經網絡協調運用時，按照模塊特征設置運行參數、模式，有助于進一步提高制冷系統模塊化控制水平，實現智能化、自動化操作。

4.2.3" 優化蒸發器

蒸發器作為制冷系統的核心裝備，發揮著關鍵作用，影響著蒸騰率。為此，需要在了解設備運行技術原理的基礎上，調節技術參數，優化內部結構，調整運行狀態，降低環境因素帶來的影響^[6]。同時，參考制冷系統運行標準，將制冷劑溫度控制在10 ℃。在制冷系統正常運行期間，風機產生大量的水蒸氣，故而需要均勻涂刷一層親水膜，并優化蒸發器的安裝方式。

5結語

總而言之，縱觀近年來建筑領域的持續發展與變革，暖通空調系統應用規模日漸擴大，逐漸成為一項關鍵設備，影響著人們的居住體驗，但其面臨著能耗大、頻繁出現運行故障的挑戰。鑒于此，應從暖通空調系統結構組成入手，以節能為導向，提出自動化控制技術、節能運行控制技術、制冷系統優化技術，融入MATLAB語言、變水溫控制技術、模糊控制技術、模糊算法等，解決系統運行問題，減少能耗、運維成本，符合綠色建筑發展需求。未來發展過程中，還應采用新型材料、新技術，如低導熱系數絕熱材料等，提升能效比。

參考文獻

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