文/鄒小安 張春紅 李偉敏 歐陽健

在季節(jié)交替時，空調(diào)箱的輸出溫度/濕度會經(jīng)常出現(xiàn)較大波動——這是由于許多采用BMS（Building Monitoring System）進行控制的潔凈空調(diào)箱的表冷器在這時突然切換至機器露點進行除濕，加熱盤管卻來不及響應。為解決這一問題，本文介紹了一種以外界新風露點與時間的導數(shù)關系作為前饋調(diào)節(jié)的控制策略，使表冷器輸出能夠平滑的切換到機器露點，從而實現(xiàn)空調(diào)箱能常年有效地自動控制。

溫度、濕度是藥廠生產(chǎn)工藝所要控制的關鍵環(huán)境參數(shù)，廠房應當有適當?shù)恼彰?、溫度、濕度和通風，用以確保生產(chǎn)和貯存的產(chǎn)品質(zhì)量以及相關設備性能不會直接或間接地受到影響[1]。藥廠一般采用潔凈空調(diào)箱來進行溫濕度調(diào)節(jié)，其硬件配置基本上是大同小異的，除了本身表冷器的換熱量不夠這一原因外，季節(jié)交替時，溫度、濕度的波動主要是控制軟件所造成的。雖然潔凈空調(diào)箱各功能段的設置也會有所不同，但這實際上并不一定會影響到其溫度、濕度的控制。為了便于討論，本文就用如圖1 所示的潔凈空調(diào)箱配置來進行討論。

圖1 潔凈空調(diào)箱示意圖

溫濕度波動產(chǎn)生的原因

季節(jié)交替時段控制的不連續(xù)性

如圖1 所示，潔凈空調(diào)箱是用表冷來進行除濕、降溫的，為了使?jié)崈艨照{(diào)箱輸出的溫度、濕度數(shù)據(jù)能夠達到環(huán)境的要求，它有一個關鍵的設置參數(shù)叫 “機器露點”。機器露點是潔凈空調(diào)箱的表冷器、除濕時需要達到的最高露點溫度。當外界氣候的露點溫度上下穿越設備機器露點的時候（如圖2 所示），如果在算法上不做優(yōu)化，表冷器的輸出就出現(xiàn)了不平滑的情況。

圖2 外界氣候上下穿越機器露點的示意圖

從圖2 的外界氣候露點曲線可以看出，從A 點到C 點的露點溫度都是大于機器露點的。在這個區(qū)域里表冷器可以直接將外界氣候的露點溫度降至機器露點，然后由加熱盤管控制空調(diào)箱輸出的溫度。

由C 點到E 點的區(qū)域，外界氣候的露點溫度已經(jīng)滿足我們的需要，所以不需要除濕。如果外界氣候的溫度高于回風溫度，那表冷器還是需要對其進行適當?shù)慕禍?。但如果外界氣候的溫度已?jīng)低于回風溫度較多，表冷器便不再需要工作。到底在外界氣候溫度為多少的時候可以關閉表冷器？這則與二次回風的量有一定的關系。

當外界氣候的露點溫度由機器露點之上，向下穿越機器露點通過C 點的時候，可以允許表冷延緩關小冷凍水的閥門，此時只會導致能耗的增加，但一般不會影響平緩輸出。

然而，當外界氣候的露點溫度由機器露點之下，向上穿越機器露點通過E 點的時候，表冷器從一個不需要除濕或者甚至于關閉的狀態(tài)，變化為突然需要降溫至機器露點的狀態(tài)。這個時候表冷器的輸出就會出現(xiàn)懸崖，輸出的為非平滑曲線。

需要保持表冷器的輸出為平滑曲線

潔凈空調(diào)箱后面的加熱盤管，是在表冷器輸出溫度基礎上進行控制的。如果表冷器的輸出出現(xiàn)了脈沖或懸崖，那加熱盤管的輸出也必將會出現(xiàn)脈沖或懸崖。在上文已經(jīng)提到當外界氣候由機器露點之下，向上穿越機器露點通過E 點的時候，為了滿足相對濕度控制的需要，表冷器的輸出溫度必定會出現(xiàn)懸崖。但如果它緩慢地進行降溫，保持輸出的溫度曲線平滑，那潔凈空調(diào)箱輸出的相對濕度必然會超標。這在全新風室外新風的潔凈空調(diào)箱上表現(xiàn)得尤為明顯，在回風比例很大又是室內(nèi)取風的情況下就表現(xiàn)得相對不明顯。另外，如果是采用露點來控制相對濕度的話，溫度的變動也必然導致相對濕度的波動。

所以需要保持表冷器的輸出曲線為一個平滑的曲線，才能夠保障后續(xù)加熱盤管的有效配合。所謂的輸出為平滑曲線在數(shù)學上是有定義的，就此處的表冷器而言，就是它輸出的溫度與時間的函數(shù)，其對時間的導數(shù)必須為一個連續(xù)的函數(shù)。如果它的高階導數(shù)也是一個連續(xù)的函數(shù)，那它的光滑程度就更高。

如何實現(xiàn)表冷器輸出平滑的曲線

表冷需要以外界新風來前饋控制

如圖1 所示，潔凈空調(diào)箱的表冷器需要根據(jù)外界新風的露點來進行控制[2]，也就是我們平時所說的前饋調(diào)節(jié)。如果它是按照潔凈空調(diào)箱的輸出來進行控制，那它的輸出永遠都是滯后的。

曾經(jīng)還有用回風溫度來區(qū)分夏季模式和冬季模式的解決方案：新風溫度高于回風溫度的情況定義為夏季模式，新風溫度低于回風溫度的情況定義為冬季模式。但這樣的定義在程序設計中會出現(xiàn)麻煩，如果一定要定義夏季、冬季模式的話，建議用新風的露點溫度來進行：新風的露點溫度高于機器露點的情況定義為夏季模式，新風的露點溫度低于機器露點的情況定義為冬季模式。

如何獲得表冷器輸出的平滑曲線

想要很好地實現(xiàn)BMS 的全天候控制，需要由三方面的專業(yè)人員（暖通專業(yè)的人員、自控算法設計的人員、寫代碼的人員）共同協(xié)作。只有暖通專業(yè)的人員才了解，外界氣候上下穿越機器露點時會出現(xiàn)的情況。一般自控設計的人員認為，外界氣候是連續(xù)的，在自控上不會出現(xiàn)問題。既然穿越機器露點時表冷輸出會出現(xiàn)懸崖，那自控算法的人員需要設法彌補。最終再由編寫代碼的人員落實到具體的行動中，這樣才能夠獲得完美的結果。BMS系統(tǒng)的具體架構，如圖4 所示。下文將著重討論如何在控制算法上進行優(yōu)化，從而使得表冷器輸出平滑的曲線。

圖4 BMS 系統(tǒng)架構圖

首先我們在程序中建立外界新風露點對時間的導數(shù)dD/dt（或者△D/△t），如圖3 所示。

圖3 露點曲線的示意圖

當在外界新風露點大于機器露點的情況下，無論dD/dt（或者△D/△t）是大于零還是小于零，表冷器都需要輸出機器露點的溫度。

當外界新風露點由機器露點上方，向下穿越機器露點的時候，向下穿越機器露點以后，表冷器就不再需要承擔除濕的功能。表冷器可以緩慢地關小冷凍水的流量，來滿足對溫度控制的需要。

當在外界新風露點小于機器露點的情況下，此時表冷器就不再需要承擔除濕的功能，僅需要維持合適的溫度即可。

當外界新風露點由機器露點下方，向上穿越機器露點的時候(如圖3 所示)，外界氣候露點在機器露點的下方，即dD/dt（或者△D/△t）的時候，說明曲線處于上升階段。隨著外界氣候露點接近機器露點，就需要提前緩慢地預先降低表冷器的輸出溫度。以致于當外界氣候露點達到機器露點時，表冷器的輸出溫度正好為機器露點[3]。

結論

針對在過渡季節(jié)空調(diào)箱控制系統(tǒng)存在輸出溫度、濕度會出現(xiàn)較大波動的問題，本文提出了一種以表冷器基于外界的新風露點來進行控制的策略，通過分析氣候露點曲線的變化特點在算法上進行了優(yōu)化，并將其應用到了BMS控制程序中，使空調(diào)箱的輸出溫/濕度不受季節(jié)模式的影響也能保持平穩(wěn)輸出，從而有效地提高了藥廠潔凈空調(diào)箱的可靠性。 ●