制冷系統(tǒng)智能儀表監(jiān)測技術(shù)

張偉

（江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司 記錄儀物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部，江蘇徐州，221116）

1 緒論

自20世紀60年代以來，數(shù)據(jù)挖掘（數(shù)據(jù)挖掘）技術(shù)已經(jīng)形成了應(yīng)用人工智能（AI）的分支，主要有數(shù)種挖掘方法，如泛化，表征，分類，聚類關(guān)聯(lián)，進化，模式匹配，數(shù)據(jù)可視化和元規(guī)則。預(yù)測是應(yīng)用程序中使用的主要數(shù)據(jù)挖掘功能之一，其廣泛的應(yīng)用包括市場營銷，醫(yī)療保健，土木工程等許多領(lǐng)域。然而，數(shù)據(jù)挖掘在能源領(lǐng)域很少應(yīng)用，尤其是為了支持能源效率。

在制冷行業(yè)中，系統(tǒng)性能用COP表示，COP定義為“輸出”的熱量變化與所提供的工作的比例。有文獻使用動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來預(yù)測相關(guān)的蒸汽壓縮液體制冷機的性能。該模型在兩個不同冷卻器的兩個動態(tài)過程中的應(yīng)用表明，準確地確定了所有過程特征。有的研究使用COP作為衡量中國天津市不同集中供熱系統(tǒng)階段成本和環(huán)境影響的指標之一。也有人研究利用COP作為太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的性能預(yù)測評估。這兩項研究都證實了COP是制冷系統(tǒng)性能指標。

2 制冷系統(tǒng)耗電分析

節(jié)能減排問題近來受到越來越多的關(guān)注，對能源消耗大的系統(tǒng)的調(diào)查已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題，其中之一是用于保存食物和空調(diào)的制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)在工廠，家庭，辦公室等地點無處不在。盡管其廣泛使用，但這些系統(tǒng)的性能尚未得到充分研究。因此，根據(jù)制冷劑條件開發(fā)適合于預(yù)測制冷系統(tǒng)性能的方法是必不可少的。目前，利用能量管理系統(tǒng)系統(tǒng)的的智能儀表進行數(shù)據(jù)挖掘的方法仍然很少。值得注意的是，蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中使用的制冷劑量的電特性只能通過實驗確定。本文通過實驗確定制冷系統(tǒng)的特性。所有實驗數(shù)據(jù)都是從智能電表中檢索出來的，這些電表也用于監(jiān)測用電量和用戶行為 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)被用作分析工具來預(yù)測不同制冷劑量下的性能系數(shù)。

3 制冷系統(tǒng)自主調(diào)節(jié)建模

數(shù)據(jù)挖掘和基于人工智能的方法使用計算機系統(tǒng)程序通過模擬人類大腦過程來解決問題。數(shù)據(jù)挖掘方法最近在許多領(lǐng)域得到了發(fā)展，包括泛化，表征，分類，聚類，關(guān)聯(lián)，演化，模式匹配，數(shù)據(jù)可視化和元規(guī)則引導挖掘。因此，使用基于數(shù)據(jù)挖掘和AI的模型可以預(yù)測和改進未來制冷系統(tǒng)的性能。

在制冷系統(tǒng)中，熱量從低溫流向高溫區(qū)域。熱量流動通過制冷劑來實現(xiàn)，制冷劑吸收熱量并在低壓下沸騰或蒸發(fā)以形成蒸汽。壓縮機將蒸氣壓縮至更高的壓力。制冷劑將熱量傳遞至空氣或水后冷凝成液體重新進行循環(huán)。該過程將熱量從低溫源轉(zhuǎn)移到更高溫源。具有內(nèi)部換熱器的制冷系統(tǒng)的COP取決于蒸發(fā)器溫度，冷凝器溫度，過冷溫度等參數(shù)。制冷系統(tǒng)，家用冰箱或商用制冷系統(tǒng)中，低壓蒸汽壓力在通過壓縮機時增加，隨著輸入到壓縮過程中的能量轉(zhuǎn)移到制冷劑，溫度急劇升高。制冷劑然后將蒸汽變成液體。在下一階段，高壓過冷液體通過膨脹裝置，既降低壓力又控制流入蒸發(fā)器的流量。在最后階段，蒸發(fā)器中的低壓液體制冷劑從其周圍吸收熱量并轉(zhuǎn)換空氣，水或液體。

4 自主調(diào)節(jié)模式下智能電表設(shè)計

典型制冷系統(tǒng)的組成部分是壓縮機，分油器，冷凝器，蓄能器，過濾器干燥器，噴油器和蒸發(fā)器。在這項研究中，系統(tǒng)性能通過智能儀表進行監(jiān)控。儀表是一種電表，能夠記錄每小時或更少的電能消耗，并將信息發(fā)送回公用事業(yè)中心進行監(jiān)控和計費。智能電表可實現(xiàn)電表與中央系統(tǒng)之間的雙向通信。與家庭能源監(jiān)控器不同，智能電表可以連續(xù)報告遠程收集的數(shù)據(jù) 其主要功能是功率測量和網(wǎng)絡(luò)傳輸。該系統(tǒng)可監(jiān)控所有用電信息，包括實時和歷史數(shù)據(jù)以及可通過RS-485或以太網(wǎng)或ZigBee傳輸?shù)拿咳蘸兔吭码娏π枨蟆Ｒ坏z測到異常信號，系統(tǒng)會自動通過電子郵件或文本通知用戶。系統(tǒng)信息傳遞流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)信息傳遞流程

裝置同時監(jiān)測16個溫度和4個壓力值，數(shù)字和機械控制。傳感器位于壓縮機入口和出口處以及油分離器，冷凝器，蓄能器，過濾干燥器噴射器和蒸發(fā)器。蒸發(fā)器的功能是壓縮冷卻的化學物質(zhì)，將其從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵庑问?，并吸收熱量。過濾干燥器的功能是去除制冷系統(tǒng)中的碎屑。蓄壓器中不可壓縮的液壓流體由外部源持續(xù)加壓。油分離器分離油和水，以防止壓縮機中的油與制冷系統(tǒng)中循環(huán)的制冷劑一起排出。壓縮機是一種用于壓縮蒸汽的機械裝置。冷凝器通過冷凝將蒸汽轉(zhuǎn)化為液體。

由于受監(jiān)控的數(shù)據(jù)類型是“連續(xù)的”，因此使用IBM SPSS建模器中的數(shù)字預(yù)測器執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。軟件中的數(shù)字預(yù)測器節(jié)點自動創(chuàng)建并比較連續(xù)數(shù)字結(jié)果的默認模型。在這個實驗中選擇的制冷劑是R404A，它是一種用于熱循環(huán)的化合物，其可逆地經(jīng)歷從蒸氣到液體的相變。由于R404A清潔，不易燃，對冷卻有效，而且毒性低，因此它一般取代R22和R502制冷劑。R404A制冷劑廣泛用于中低溫制冷系統(tǒng)。當制冷系統(tǒng)發(fā)生泄漏時，由于剩余制冷劑的組成和系統(tǒng)性能的可靠性未知，修理通常需要拆除和更換所有制冷劑。因此，該研究重新填充液態(tài)制冷劑并分析不同制冷劑量的影響，而不考慮剩余制冷劑的組成

具有內(nèi)部換熱器的制冷系統(tǒng)的性能由蒸發(fā)器溫度，冷凝器溫度，過冷溫度，過熱溫度和冷卻能力決定。本文根據(jù)上述溫度和制冷量值估算COP值。高COP值被解釋為高設(shè)備效率。值得注意的是，可以通過繪制莫里爾圖來計算COP，該莫里爾圖是通過繪制總熱量對能量繪圖來描述熱力學系統(tǒng)的焓的焓熵圖。莫里爾圖可以用來顯示與制冷劑相關(guān)的物理特性，其中每條曲線表示不同的物理特性。

5 總結(jié)

本文的目的是通過智能儀表評估數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在預(yù)測R404A制冷劑不同環(huán)境下的制冷設(shè)備COP時的有用性和比較數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的性能。這項工作的一個限制是它在單一模型中使用了默認設(shè)置。因此，需要進一步的研究來研究用于預(yù)測COP的模型參數(shù)優(yōu)化和檢測異常用電并減少不必要的能量消耗。

參考文獻

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