楊珊珊

摘 要：當前我國的暖通空調(diào)控制技術主要存在能源消耗高和空調(diào)環(huán)境質(zhì)量低的問題，造成問題的主要原因在于暖通空調(diào)系統(tǒng)設控制技術還存在缺陷。文章在簡要解釋暖通空調(diào)存在的問題及產(chǎn)生問題的原因和基礎上，介紹了暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的設計以及暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術未來發(fā)展的方向。

關鍵詞：暖通空調(diào) 優(yōu)化控制 系統(tǒng)設計 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TM925.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0087-02

在我國城市化水平不斷提高和城市建筑行業(yè)不斷發(fā)展的背景下，人們的生活水平顯著提高，人們對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高。因此，在人們越來越重視暖通空調(diào)技術的發(fā)展的基礎上，我國的暖通空調(diào)控制技術也獲得了很大的提升。但是，我國的暖通空調(diào)控制技術也存在一些問題，尤其是暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗過高不符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，而且在我國能源日益緊張的環(huán)境下，高能耗問題更加突出。因此，加強暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術的研究成為每個暖通空調(diào)設計人員的首要任務，設計人員必須抓住問題能耗高的根本原因，不斷的優(yōu)化暖通空調(diào)控制技術，提高暖通空調(diào)使用能源的效率，提高暖通空調(diào)的運行質(zhì)量。

1 暖通空調(diào)控制技術存在的問題

暖通空調(diào)控制技術主要存在兩個問題。一是暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗嚴重。隨著人們生活水平的提高，空調(diào)的使用范圍更廣，使用更頻繁。在大型建筑中，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗占整個建筑能耗的一半以上[1]。造成這種情況主要和空調(diào)系統(tǒng)的設計有關，根據(jù)對當前空調(diào)運行的實際情況研究，空調(diào)系統(tǒng)不是按照滿足正常要求的來設計，而是按照滿足客戶最大需求標準來設計，空調(diào)系統(tǒng)日常運行超出了需求范圍，空調(diào)系統(tǒng)而處于低負荷狀態(tài)下運行；二是空調(diào)系統(tǒng)運行質(zhì)量不高。當前許多人對當前空調(diào)環(huán)境的滿意程度不高，據(jù)新加坡某大學對新加坡部分商用大樓的暖通空調(diào)系統(tǒng)運行情況調(diào)查表明，超過25%的大樓CO2，10%左右的大樓甲醛超標和濕度過大，超過半數(shù)的大樓溫度過低，這些情況會降低大樓的舒適度，對人體健康造成損害，影響人們的工作效率。

造成暖通空調(diào)能耗大且空調(diào)環(huán)境低的原因主要有兩個：首先，暖通空調(diào)系統(tǒng)的設計采用最大負荷計算法和定工作點的運行方式，暖通空調(diào)真正處于最大負荷運行的情況少，更多的是處于輕載環(huán)境下運行。與此同時，受外部環(huán)境的濕度和光照的影響，暖通空調(diào)系統(tǒng)運行環(huán)境不斷變化，定工作點控制方式降低了傳熱的效率，而導致能量的浪費。其次，控制器設計存在缺陷。當傳統(tǒng)的控制器采用的是干空氣線性系統(tǒng)設計。然而，在實際運行中，空氣處理機存在非線性環(huán)節(jié)，空調(diào)運行的外部環(huán)境條件也在不斷的發(fā)生變化。當外部環(huán)境發(fā)生變化時，傳統(tǒng)的控制器難以準確的調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，而造成能源的浪費[2]。

2 暖通空調(diào)技術發(fā)展現(xiàn)狀

由于暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設計存在問題，暖通空調(diào)的能耗在整個建筑的能耗中建有很大的比重，不論是定送風量、確定溫度以及確定壓力的控制系統(tǒng)，還是變風量的控制系統(tǒng)，在多變的運行環(huán)境下，都難以有效地控制暖通系統(tǒng)而導致巨大的能源消耗。從20世紀80年代采用的PID控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)具有一定的滯后性和和大慣性，需要更長的時間調(diào)整參數(shù)，也造成較大的能源消。后來雖然經(jīng)過不斷的技術改造，控制系統(tǒng)能夠抑制較的影響空調(diào)系統(tǒng)運行因素，與其他的技術相比存在一定的優(yōu)勢，但是控制器參數(shù)的準確性和合理性依然不高，控制效果依舊不明顯。當前的暖通空調(diào)不僅具有較強的非線性和時變性，也具有大慣性、大滯后和強干擾的特性，要獲得較好的控制效果的同時達到一定的節(jié)能，還存在許多技術問題。

3 暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的設計

暖通空調(diào)控制器的設立要建立在合理設定房間溫度的基礎上，空調(diào)系統(tǒng)才能快速準確將房間溫度調(diào)節(jié)到事先設定的溫度值，并采取一定的措施降低外部環(huán)境對室內(nèi)溫度的影響，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。由于暖通空調(diào)在運行時有一定是時間延遲，控制信號難以及時傳達至控制系統(tǒng)。采用廣義預測控制可以有效的解決控制信號延遲問題，提高系統(tǒng)輸出的效率。同時暖通空調(diào)運行的環(huán)境也處于不斷變化和發(fā)展中，對空調(diào)系統(tǒng)的運行會產(chǎn)生一定的影響，可以將網(wǎng)絡神經(jīng)技術來減少空調(diào)系統(tǒng)受外部環(huán)境的變化而產(chǎn)生的不良影響[3]。所以，將廣義的預測控制的基礎上，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡技術，可以對暖通空調(diào)的控制起到優(yōu)化的效果。

3.1 暖通空調(diào)廣義預測控制結(jié)構

當前，我國的暖通空調(diào)系統(tǒng)采用基于RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡空調(diào)廣義預測控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的結(jié)構主要由三部分組成。要實現(xiàn)預測，必須準確預測出空調(diào)的輸出，并在此基礎上形成暖通空調(diào)的優(yōu)化策略，同時建立有效的反饋校正。結(jié)合梯度下降計算方法，修正RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)，并掌握最優(yōu)的空調(diào)控制規(guī)律。

3.2 控制器的在線滾動優(yōu)化

主要指利用模型分辨某一組成方面提供的預測輸出信息，根據(jù)相關的方法實行滾動優(yōu)化，再找出科學的暖通空調(diào)控制規(guī)律；充分考慮優(yōu)化計算量，最終實現(xiàn)對空調(diào)系統(tǒng)的滾動優(yōu)化控制。

3.3 廣義預測反饋校正

當系統(tǒng)處于滾動優(yōu)化時，優(yōu)化的基點不能偏離系統(tǒng)實際情況，必須與系統(tǒng)實際相同。由于影響系統(tǒng)運行的因素較多，辨識模型會失配，這種預測方式與實際空氣處理單元很難達到完全一致。因此，預測模型需要適當采用其他的預測手段來彌補預測模型中存在的缺陷，或者直接在線校正基礎模型的相關數(shù)據(jù)或標準。采用梯度下降法來調(diào)整優(yōu)化RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡各個隱藏的權值，做好每一步的實際輸出和預測器輸出之間的誤差監(jiān)測[4]，若誤差值超出預定值，再采用修正法修正各項參數(shù)，再做誤差比較，直到誤差值在預測值范圍內(nèi)。

4 暖通空調(diào)系統(tǒng)控制技術未來發(fā)展趨勢

4.1 尋找設備的最佳設定值

定工作點的方式是當前暖通空調(diào)系統(tǒng)的主要控制方式，以定工作的方式來達到對設備在運行時的溫度、流量等參數(shù)的控制的目的。雖然不同的設備在不同的條件下有最佳設定點，但是這種方式并不能讓暖通空調(diào)系統(tǒng)處于最佳的運行狀態(tài)，暖通空調(diào)系統(tǒng)不能在不同環(huán)境條件下一直處于最節(jié)能的運行狀態(tài)。因此，在不同的運行環(huán)境下，應該以暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗最低作為尋找設備或緩解的最佳設定值為指標，這是暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制研究的重要內(nèi)容，也是降低暖通空調(diào)系統(tǒng)運行能耗的關鍵[5]。endprint

4.2 提高控制的自動化水平

提高暖通空調(diào)控制的自動化水平是控制技術的主要內(nèi)容。當前提高自動化水平采用的技術是以傳統(tǒng)PID為控制策略的控制單元器，控制單元器以回路控制、設備順序和邏輯控制開關量為基礎，8位單機片是主要的中央處理器來進行核心處理。但是，隨著嵌入式系統(tǒng)研究的深入、職能控制理論以及技術的不斷發(fā)展大量的嵌入式微處理器進入市場，嵌入式微處理器價格越來越低的背景下，已經(jīng)廣泛使用基于16位及以上的嵌入式微處理器系統(tǒng)，控制策略進一步升級，單元控制器有向自適性和自動學習功能發(fā)展的趨勢。這種控制器可以實現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)在復雜的負荷環(huán)境通過逐步的自動學習功能，達到回路最優(yōu)控制，最終達到各個環(huán)節(jié)都處于最佳控制的狀態(tài)。

4.3 重視能量管理功能

當前我國的暖通空調(diào)系統(tǒng)管理只集中在對基礎控制單元的監(jiān)控上，主要包括對信息的集中處理和狀態(tài)檢測的設備的調(diào)度等方面，而缺少能量管理功能。因此，設計人員應該在原有系統(tǒng)管理功能的基礎上，適當增加能量管理功能，增加對末端用戶的能量使用情況的監(jiān)測[6]。

4.4 提高網(wǎng)絡技術的應用程度

暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的控制協(xié)議有很大的差異，這主要與暖通系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和技術標準有關，控制系統(tǒng)開發(fā)的環(huán)境不同，設計人員采用的技術標準不同都會形成不懂的控制協(xié)議。隨著更多的企業(yè)應用信息技術，在企業(yè)信息化程度提高的背景下，暖通空調(diào)控制系統(tǒng)必然向集成方向發(fā)展，不僅如此，暖通空調(diào)系統(tǒng)運行的各項管理數(shù)據(jù)和指標都將納入企業(yè)信息管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)不同企業(yè)間數(shù)據(jù)共享和信息的交流。

5 結(jié)語

雖然RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的廣義預測控制方法較為先進，與之前相比控制性能更強，這種控制方法也存在一些技術問題。首先在控制分析階段對影響控制系統(tǒng)性能的因素考慮不周，忽略了滾動優(yōu)化對性能的影響，而且對這種控制的算法研究也不夠深入，沒有結(jié)合其他的控制方法的優(yōu)點。在研究控制算法更要關注其實際應用的研究，保證算法能真正用于實際的控制設計上，真正優(yōu)化暖通空調(diào)的控制。

參考文獻

[1] 楊曉平.暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術研究[D].沈陽工業(yè)大學，2013，11（16）：120-121.

[2] 李樹江，秦軍，劉暢，等.暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制與能量管理的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].暖通空調(diào)，2013，4（12）：30-34.

[3] 王文廣.暖通空調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)設計[J].中國高新技術企業(yè)，2011，13（3）：61-62.

[4] 張會洲.暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制與能量管理的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電子制作，2013，21（15）：238-239.

[5] 易泗濱.暖通空調(diào)變工況點優(yōu)化控制及能量管理研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向探討[J].江西建材，2011，3（11）：8-9.

[6] 胡詩華.淺談暖通空調(diào)能量管理與優(yōu)化控制系統(tǒng)[J].山西建筑，2011，20（18）：182-183.endprint