探究基于模型的離心式制冷機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)化控制方案

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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)控制制冷機(jī)組的運(yùn)行；通過(guò)對(duì)冷凍水流量值和制冷機(jī)額定流量值的比較，來(lái)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(lái)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(kāi)啟程度，所以我們可以用進(jìn)口導(dǎo)葉的開(kāi)啟程度來(lái)代替冷凍水的回水溫度。方程式（1）是用來(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)；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(guò)對(duì)模型的識(shí)別來(lái)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(guò)模擬程序得到的制冷機(jī)制冷量與其進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)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(guò)模擬程序識(shí)別出的模型是具有較高精度的。而且，經(jīng)過(guò)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(kāi)啟程度模型具有合理性。

通過(guò)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(kāi)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(lái)。

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(guò)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(guò)制冷量和進(jìn)口處導(dǎo)葉開(kāi)啟程度的模型來(lái)評(píng)估計(jì)算制冷機(jī)的產(chǎn)冷能力?？刂破鬟€可以通過(guò)電功率與制冷量的模型來(lái)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(guò)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(lái)。還須設(shè)置一個(gè)可以調(diào)動(dòng)的緩沖帶，用來(lái)防止制冷機(jī)的頻繁開(kāi)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(guò)程的相應(yīng)分析。在探究和分析的過(guò)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．