車春鴻

摘要：本文是針對(duì)基于模型的離心式制冷機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)化控制方案的探究與分析。提出的這種控制優(yōu)化方案是在對(duì)系統(tǒng)的日常調(diào)試以及機(jī)組自身所提供的可靠數(shù)據(jù)的充分利用的前提下，運(yùn)用簡(jiǎn)化模型的方式來評(píng)價(jià)估算單臺(tái)制冷機(jī)的產(chǎn)冷能力以及它瞬時(shí)的制冷量，并對(duì)在特定負(fù)荷下臺(tái)數(shù)不同的運(yùn)行機(jī)組的系統(tǒng)總電功率做出預(yù)測(cè)，尋找探求最優(yōu)離心式制冷機(jī)的臺(tái)數(shù)組合，從而能夠獲得最大化的制冷機(jī)組系統(tǒng)的性能參數(shù)。

關(guān)鍵詞：離心式制冷機(jī) 優(yōu)化控制 性能參數(shù) 探究

中圖分類號(hào)：TB651 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0067-01

在空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)中，對(duì)制冷機(jī)組臺(tái)數(shù)的控制屬于基本控制的范圍。機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)的確定是由兩個(gè)重要參數(shù)來決定的，這兩個(gè)參數(shù)是空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)中各臺(tái)制冷機(jī)所能產(chǎn)冷的能力（即最大制冷量）和建筑物的負(fù)荷。在考慮建筑物負(fù)荷的前提下，實(shí)際中主要有三種方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)的控制。這三種方法分別是：以冷凍水的回水溫度為表征參數(shù)，來控制制冷機(jī)組的運(yùn)行；通過對(duì)冷凍水流量值和制冷機(jī)額定流量值的比較，來控制制冷機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)；用測(cè)量出的冷凍水供回水的溫差和流量確定此建筑物的空調(diào)制冷負(fù)荷，然后比較此值和制冷機(jī)的最大制冷量，來控制制冷機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。在這三種方法中，制冷機(jī)最大的制冷量均是以生產(chǎn)廠家所提供的額定制冷量為準(zhǔn)的，但事實(shí)上它是受平常運(yùn)行狀況以及各部件性能等的影響的，在大多數(shù)情況下是與額定制冷量不相等的。

1 優(yōu)化控制的模型

在穩(wěn)定的情況下，特定水流量的制冷機(jī)組的負(fù)荷是冷凝水的進(jìn)水溫度、冷凍水的供水溫度以及回水溫度這三個(gè)參數(shù)的函數(shù)。因?yàn)樵谥评錂C(jī)中，冷凍水的供回水的溫差直接關(guān)系著其壓縮機(jī)內(nèi)進(jìn)口導(dǎo)葉的開啟程度，所以我們可以用進(jìn)口導(dǎo)葉的開啟程度來代替冷凍水的回水溫度。方程式（1）是用來描述上面關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，即制冷機(jī)的制冷量與其進(jìn)口導(dǎo)葉開啟程度的模型；方程（2）是制冷機(jī)電功率與制冷量的模型。由方程（1）可以推導(dǎo)出一臺(tái)離心式的制冷機(jī)的產(chǎn)冷能力方程，即方程（3）。

Q=a0+a1TchwsA+a2T2chwsA+a3TecwA+

a4T2ecwA+a5TchwsTecwA （1）

Wchiler=-Q+Q（Tecw/Tchws）+（c0Tecw/Tchws—c1）+c2Q （2）

CAP=a0+a1TchwsA+a2T2chwsA+a3TecwA+a4T2ecwA+a5TchwsTecwA|A=1 （3）

上式中，Q為制冷機(jī)的制冷能力或者表示空調(diào)的負(fù)荷；Tchws為冷凍水的供水溫度；Tecw為冷凝水的進(jìn)水溫度；A為制冷機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉的開啟程度，當(dāng)其為零時(shí)即為全部關(guān)閉，其為1時(shí)即全部打開；CAP為最大的制冷量；Wchiler為制冷機(jī)的電功率；a0-a5和c0-c2為線性回歸系數(shù)。

2 模型在線識(shí)別以及驗(yàn)證的情況

通過對(duì)模型的識(shí)別來確定一些未知參數(shù)。因?yàn)槔械恼{(diào)試可以有效保障機(jī)組的正常運(yùn)行以及得到正確的測(cè)量數(shù)據(jù)，所以完成制冷機(jī)組的調(diào)試后再進(jìn)行程序的識(shí)別。先導(dǎo)制冷機(jī)是該系統(tǒng)控制器控制運(yùn)行的第1臺(tái)制冷機(jī)。在第1臺(tái)制冷機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，控制器需要確定整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確定完成后再將模型的識(shí)別程序激活。

模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)是從處于穩(wěn)定狀態(tài)的制冷機(jī)模擬程序中得到的，識(shí)別未知參數(shù)的方法是采用最小二乘的回歸法。通過模擬程序得到的制冷機(jī)制冷量與其進(jìn)口導(dǎo)葉開啟程度的模型以及其電功率和制冷量的模型中的起決定性的系數(shù)R2都大于91.9%，并且兩個(gè)模型差異系數(shù)較小，所以通過模擬程序識(shí)別出的模型是具有較高精度的。而且，經(jīng)過一系列的模擬模型證明了制冷機(jī)制冷量和其進(jìn)口處導(dǎo)葉開啟程度模型具有合理性。

通過識(shí)別程序可以獲得相關(guān)的辨識(shí)參數(shù)，再利用制冷機(jī)電功率與制冷量的模型中測(cè)量得到的三個(gè)參數(shù)，就可以計(jì)算得到運(yùn)行制冷機(jī)的即時(shí)制冷量。利用制冷量與進(jìn)口處導(dǎo)葉開啟程度的模型測(cè)量得到的三個(gè)參數(shù)就可以評(píng)價(jià)估算出單臺(tái)制冷機(jī)的產(chǎn)冷能力。使用上述這些信息，就可以將（n-1）或者是（n+1）臺(tái)運(yùn)行制冷機(jī)的電功率預(yù)測(cè)出來。

3 模型的應(yīng)用及分析

為方便敘述離心式制冷機(jī)組系統(tǒng)的優(yōu)化控制方案，我們舉個(gè)例子，是一個(gè)二次泵變水量的系統(tǒng)，其是由3臺(tái)完全相同的離心制冷機(jī)組組成的，并且該系統(tǒng)還包括兩個(gè)回路，即一次泵的冷凍水回路與二次泵的冷凍水回路。

在完成機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行后，優(yōu)化控制器通過電功率與制冷量的模型計(jì)算每臺(tái)制冷機(jī)的制冷量，之后對(duì)其求和就得到了建筑物空調(diào)負(fù)荷。與此同時(shí)，還可以通過制冷量和進(jìn)口處導(dǎo)葉開啟程度的模型來評(píng)估計(jì)算制冷機(jī)的產(chǎn)冷能力。控制器還可以通過電功率與制冷量的模型來預(yù)測(cè)多臺(tái)制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)該系統(tǒng)的相應(yīng)能耗，也可以使整個(gè)機(jī)組的綜合性能參數(shù)在線評(píng)估。

假如兩臺(tái)離心式制冷機(jī)就可以滿足整個(gè)建筑物的負(fù)荷需求，那么在特定的工作運(yùn)行情況下，單臺(tái)制冷機(jī)的產(chǎn)冷能力可以有方程式（3）計(jì)算得到，分別記為CAP1、CAP2；并且還可以由方程式（1）計(jì)算得到此時(shí)的制冷量，分別記為Q1、Q2。因?yàn)槔鋬鏊幕厮蔷值絻蓚€(gè)機(jī)組中的，并且其供水溫度也是相同的，則Q1=Q2。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡的時(shí)侯，兩者之和便是整個(gè)建筑物的瞬時(shí)負(fù)荷。通過方程式（2）可以對(duì)當(dāng)前工作狀況下平均攤給每臺(tái)制冷機(jī)相應(yīng)負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)電功率作出預(yù)測(cè)，如果預(yù)測(cè)的電功率比當(dāng)前系統(tǒng)的電功率大的話，就選擇2臺(tái)制冷機(jī)保持運(yùn)行，如果相反，就要將第3臺(tái)制冷機(jī)啟動(dòng)起來。還須設(shè)置一個(gè)可以調(diào)動(dòng)的緩沖帶，用來防止制冷機(jī)的頻繁開停。

4 結(jié)論

為了使系統(tǒng)能夠節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)組的優(yōu)化臺(tái)數(shù)控制是非常重要的。本文中提到的優(yōu)化控制方法就實(shí)現(xiàn)了使機(jī)組的性能參數(shù)達(dá)到最大，并建立了三種模型，且采用了模擬方法驗(yàn)證了模型具有可行性和正確性，并且還做出了對(duì)控制方法實(shí)施過程的相應(yīng)分析。在探究和分析的過程中，還將一些技術(shù)應(yīng)用其中，有利于實(shí)現(xiàn)智能化，這種優(yōu)化控制方法是值得推廣的。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐新華，曹旭明，崔景潭．基于模型的離心式制冷機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)化控制策略研究[J]．建筑科學(xué)，2012，28．