浅谈暖通空调控制系统设计

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摘要：在这个科学技术高度发达的时代，人们对生活中的各种要求也在不断加大，在人们生活中对室内环境的要求也在不断增加。随着人们对空调的应用不断的增多，在空调的使用过程中各种消耗成为当前建筑工程中的主要消耗之一，其在工作的过程中更是对环境造成一定的破坏，其主要因素在于当前空调系统运行的过程中其运行速度慢，效率低，造成了能源的极大浪费，因此在当前的暖通空调设计过程中系统控制已成为其节能问题和高效率的主要保证，本文通过对暖通空调控制系统的设计来提高其运行效率。

关键词：暖通空调;低效运行;控制系统

一、引言

随着社会发展过程中人们生活水平的提高，空调系统的应用越来越普及，在空调的使用过程中，中央空调系统的能最消耗一般占整个建筑耗能的50％以上。在当前人们要求不断增加的过程中，当前空调系统已经无法满足人们需求。在空调系统的设计中是按满足用户最大需求，因此在空调系统工作的过程中一般都处于一种低负荷状态之下进行。由于能源十分紧张，空调在当前使用过程中的不断增加使得其能源消耗在国民经济中的比重也逐渐增大，所以开发中央空调系统的优化控制技术，增加其运行效率，降低运行成本，使中央空调系统在不同负荷下、不同工况条件下，都能以最佳效率运行，并且在其使用的过程中能够保证其能够做到空气控制的最佳效果是当前人们生活需求和工作中的主要需求，有着非常广阔的应用前景。

二、暖通空调系统

1、暖通空调工作原理

暖通空调生活中使用最为广泛的空调系统之一，是采用当前先进的科学技术对空调进行改进的前提基础。其在使用的过程中是当前人们工作原理就是制冷剂在制冷机组的蒸发器中与冷冻水进行热量的交换而汽化，使得在工作的过程中通过冷冰水使得空气温度降低，然后，被汽化的制冷剂在压缩机作用下，变成高温高压气体，使得空气在流通的过程中，流经制冷机组的冷凝器时被来自冷却塔的冷却水冷却，通过气体变成低温低压的液体，利用这些液体经过降温冰水来运送到水泵空气的处理和加热交换器中，与混风进行冷热交换形成冷风源，通过送风管道送入被调房间。

2、暖通空调供水系统

在当前社会科学技术不断发展的过程中，控制技术与电子技术也在飞速发展中，自动控制设备的造价不断的下降，各种系统在空调设计和使用中的问题不断增加，各种流经方式和变换问题逐步的到解决。变流量系统可以使系统全年以定温差、变流量的方式运行，尽量节约冷冻水泵的能耗，使得其得以越来越广泛的应用。目前，通常所说的变流量系统是指在水路系统的空调末端使用二通阀的系统，是与水路系统的空调末端使用三通阀的定流量系统相对而言的，所谓变流量与定流量均是指送冷冻水的水路系统的流量，而不是通过末端的流量，通过末端的流量变流量与定流量均是变化的。变流量系统的目的是要冷源输出的流量所载的冷量与经常变化的末端所需的冷量相匹配，从而节约冷量的输送动力和冷源的运行费用。由于目前大多数冷水机组的水流量要求恒定，所以变流量系统实际上是供冷(水)量与需冷(水)量相对匹配的。即供冷(水)量只能随冷水机组的运行台数的不同产生变化。由于空调系统大部分时间都处于设计负荷的60％以下运行，且负荷随着时问在不断地变化，为了使冷水所载的冷量与经常变化的负荷相匹配，从而节约冷量输送动力和冷源的运行费用，采用变冷水流量控制便成了理所当然的做法。

3、暖通空凋空气处理单元

在暖通空调空气处理单元中，首先是新风与部分回风混合，形成混风，混风经过热交换器与冷冻水进行热交换形成送风，在冬天，混风吸收能量温度提高，在夏天，混风温度降低，送风在风机的作用下经过送风管道进入房间，与房间内的空气进行热量的传递，最终调节房问的温度到达所需要的设定点。房间内的气体在排风机的作用下被排出，形成回风。部分的回风排出室外，部分回风与新风混合重复上述过程。

混风和冷冻水的热交换是在空气处理单元的热交换器中进行的，热交换器是暖通空调系统空气处理单元中的重要部分，热交换器的工况处于部分负荷下时，并非与设计工况相同，而实际使用过程中，热交换器绝大多数时间是在非设计工况。

三、暖通空调控制系统设计

对房间温度进行了合理的设定，然后建立合理的暖通空调控制器，使暖通空调控制系统能快速准确的调解房间温度到达设定的房间最佳温度值，并有效的抑制房间内部和外部的干扰对房间内温度的影响，同时节省暖通空调系统能量的消耗。由于暖通空调具有时滞和大惯性，当前的控制信号要等到很长时间才能在系统的输出中反映，而广义预测控制可以利用现在时刻的控制变量使未来时刻系统的输出快速准确的跟踪期望的输出。同时暖通空调的工况环境不断变化且有干扰作用，用神经网络的强学习能力使暖通空调控制系统有效的抑制工况变化和干扰带来的对控制效果不利的影响。

1.暖通空调广义预测控制结构

这里选取的基于RBF模糊神经网络暖通空调广义预测控制系统结构，基于RBF模糊神经网络的暖通空调广义预测控制主要由三部分构成。要实现暖通空调的广义预测控制，要有准确的暖通空调输出预测，在提供暖通空调预测输出的基础上，建立准确快速的在线优化策略和有效的反馈校正。即通过所得到的未来温度输出和优化目标函数，利用梯度下降法对实现滚动优化控制功能的RBF模糊神经网进行修正，从而得到最佳的控制规律。此RBF模糊神经网的输入是实际房间温度和设定房间温度的差值和差值变化率，输出是暖通空调调节阀电压。

2.暖通空调控制器在线滚动优化

暖通空调广义预测控制的在线滚动优化是利用模型辨识部分提供的预测输出信息，根据优化的目标函数及选定的优化方法进行在线的滚动优化，从而得到合理的控制规律，考虑在线优化的计算量，这里用RBF模糊神经网络完成广义预测控制的在线滚动优化。按性能指标，利用优化方法获得未来控制长度内的冷冻水调节阀电压，并取其首分量作为当前时刻的冷冻水调节阀电压。考虑降低在线计算的复杂性，采用了较常用的梯度下降法作为主要的优化算法。