基于機器學(xué)習(xí)的中央空調(diào)的優(yōu)化控制策略

摘 要：中央空調(diào)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)大型建筑物室內(nèi)環(huán)境溫度和濕度的重要設(shè)備之一，如何降低空調(diào)能耗也是當(dāng)下熱點。本論文從理論結(jié)合實際出發(fā)，根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制，在結(jié)合線性規(guī)劃算法，在一定條件下給出空調(diào)的最優(yōu)控制策略，從而實現(xiàn)空調(diào)的智能控制。通過采用模糊PID 控制彌補了傳統(tǒng)PID 控制的不足，有效地降低了中央空調(diào)的能耗，既有良好的經(jīng)濟效益，也有明顯的社會效益。

關(guān)鍵詞：多元線性回歸；優(yōu)化控制；線性規(guī)劃

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，以及數(shù)據(jù)量的增大，越來越多的人采用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)對中央空調(diào)系統(tǒng)控制策略進行優(yōu)化，以便滿足室內(nèi)濕度與溫度的調(diào)節(jié)控制。尤其是政府大力支持智慧城市建設(shè)，以及大型建筑物都需要采用中央空調(diào)系統(tǒng)，這對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能與智能控制要求必然是個重大研究課題。

1、中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作理念

中央空調(diào)系統(tǒng)組成主要包括制冷壓縮機、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻塔、冷卻塔風(fēng)機等幾部分。其工作原理是：在壓縮機中吸后的制冷劑通過壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，與冷卻水熱交換后變成高溫高壓液體，通過冷凝變成低溫高壓的液體，經(jīng)過截流變成低溫低壓的液體，最后蒸發(fā)并吸收空調(diào)冷凍水的熱量回到壓縮機，如此形成制冷劑循環(huán)過程。從冷凍主機流出的冷凍水由冷凍水泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進行熱交換，由冷卻泵將帶有熱量的冷卻水送到冷卻塔上，進行噴淋冷卻，與大氣進行熱交換。冷卻塔為冷凍主機提供冷卻水，冷卻水在盤旋流過冷凍主機后，將帶走冷凍主機所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機降溫。如此形成冷凍水和冷卻水的循環(huán)過程。

2、中央空調(diào)節(jié)能控制技術(shù)在空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2.1空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的因素分析

在空調(diào)自控系統(tǒng)中，要監(jiān)視中央空調(diào)系統(tǒng)末端的新風(fēng)機、回風(fēng)機、變風(fēng)量風(fēng)機、風(fēng)機盤管等裝置的狀態(tài)，并且要采用“精細化”的控制，從而能夠使得節(jié)能的目的得以實現(xiàn)。然而實現(xiàn)節(jié)能的根本途徑主要是指要巧妙的利用室外的條件、維護結(jié)構(gòu)、室內(nèi)條件以及空調(diào)設(shè)備之間的關(guān)系，這樣做不僅可以營造出舒適以及高效的室內(nèi)環(huán)境，而且能夠大幅度的實現(xiàn)節(jié)能的目的。然而“精細化”的控制的基礎(chǔ)是指一組反映房間熱特性的熱平衡方程式，比如：房間主要是由維護結(jié)構(gòu)所形成的空間，然而維護結(jié)構(gòu)又將室內(nèi)以及室外分隔成兩個氣候環(huán)境。太陽輻射以及室外氣溫變化等相關(guān)因素中，主要是通過輻射、對流以及傳導(dǎo)這三種形式來影響維護結(jié)構(gòu)。由于維護結(jié)構(gòu)本身不僅具有熱阻性，而且具有熱容性，維護結(jié)構(gòu)通過自身的調(diào)節(jié)作用可以將室內(nèi)以及室外的變化因素聯(lián)結(jié)在一起。通過室內(nèi)、維護結(jié)構(gòu)、室外這三個部分，并且要通過輻射、傳導(dǎo)以及對流這三種形式來相互作用以及相互影響，從而形成了實際建筑熱過程的復(fù)雜曲線。

2.2空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能控制原理

變流量冷卻水泵系統(tǒng)的運行原理：在末端空調(diào)負荷減少的時候，此時的冷水組將會出現(xiàn)冷卻水出水以及溫度不斷降低的現(xiàn)象；在溫度傳感器將這種變化趨勢檢測出來，模糊控制系統(tǒng)將會自動降低到冷卻水泵的工作頻率，從而使得冷卻水進水流量得以降低以及使得冷卻水出水溫度得以提高。

一次泵變流量系統(tǒng)的運行原理：當(dāng)末端空調(diào)負荷變小的時候，此時末端空調(diào)設(shè)備前將會關(guān)閉或者減少兩通閥，此時的負荷測回路最小。通過對風(fēng)機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，從而可以改變風(fēng)量，并且此時的風(fēng)機始終處于高效點來進行運行。

3、中央空調(diào)節(jié)能控制技術(shù)的優(yōu)化措施

3.1選擇室內(nèi)設(shè)定合理的值節(jié)能

在室內(nèi)設(shè)定值節(jié)能的過程中，確定合理的室內(nèi)溫度以及濕度值是非常重要的方面。通過選用全年固定設(shè)定值的方式，這一方式只適合在特殊要求的少量工業(yè)空調(diào)中使用。然而對于大部分的中央空調(diào)來說，如果冬天將空氣處理到偏高的設(shè)定值的時候，此時會消耗較多的熱量，相反如果夏天將空氣處理到偏低的設(shè)定值的時候，此時會消耗更多的冷量。通過采用全年不變的室內(nèi)設(shè)定值的方法，不僅會感到不舒適，而且會浪費一定的能量。因此，在室內(nèi)溫度設(shè)定值的時候，不需要全年固定的中央空調(diào)系統(tǒng)，而是要采用變設(shè)定值或者按照設(shè)定區(qū)控制的方法。

3.2對室外新風(fēng)量的節(jié)能進行控制

在中央空調(diào)系統(tǒng)冬、夏季運行有效的過程中，控制以及合理的利用室外新風(fēng)量是非常有效的節(jié)能措施之一。中央空調(diào)房間室外新風(fēng)量與系統(tǒng)能耗成正比，也就是說中央空調(diào)房間室外新風(fēng)量越大，此時的系統(tǒng)能耗也就越大。在這種情況之下，這就要求室外新風(fēng)量應(yīng)該控制在衛(wèi)生要求的最小值。

在當(dāng)前能源較為緊張的前提下，通過使用手動調(diào)節(jié)新風(fēng)閥門，從而可以達到節(jié)能的效果。通過這樣做，可以節(jié)約一定的能耗，并且可以使得原定最小新風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)得以降低，最終能夠為社會大眾所接受。

3.3對新風(fēng)量節(jié)能進行正確的利用

在全年運行的中央空調(diào)系統(tǒng)中，在除了冬、夏季采用的最小的新風(fēng)量可以節(jié)能之外，這就要求在過渡的季節(jié)要合理利用新風(fēng)量，從而可以使得能量得以節(jié)省。

如果過渡季節(jié)新風(fēng)量的溫度比較低，那么此時就應(yīng)該充分利用室外的新風(fēng)來作冷源，特別是對于那些建筑周圍負荷的影響比較小，并且此時的區(qū)內(nèi)發(fā)熱量較大的建筑，冬季以及過渡季的室內(nèi)需要供冷風(fēng)，這樣做可以使得室外新風(fēng)具有的冷量得到充分利用，而且能夠引入室外的新風(fēng)，從而可以使得人工冷源的使用時間得以推遲，最終達到節(jié)約能耗的目的。

在可變新風(fēng)系統(tǒng)中，除了裝有溫度以及濕度調(diào)節(jié)器之外，還應(yīng)該裝上有季節(jié)工況自動識別以及轉(zhuǎn)換的裝置，并且要確保有三個工況：第一，冬季工況；第二，過渡工況；第三，過渡季節(jié)工況以及夏季工況。與此同時，在有溫度以及濕度要求的系統(tǒng)中，通過室外干球溫度以及回風(fēng)溫度控制來進行工況轉(zhuǎn)換，從而能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目的。

3.4自動控制運行管理

通過使用自動控制，從而能夠使得節(jié)能的目的得以實現(xiàn)。中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的自動化，這樣做不僅可以使得調(diào)節(jié)質(zhì)量得以提高，而且能夠使得冷、熱量的消耗得以降低，從而能夠使得勞動強度以及運行人員減少，最終提高了勞動生產(chǎn)率以及技術(shù)管理的水平。在反映空調(diào)技術(shù)先進性的時候，空調(diào)系統(tǒng)的自動化程度是一個重要的方面。因此，空調(diào)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)會得到了廣泛的應(yīng)用。自動控制主要是指要嚴格根據(jù)被調(diào)參數(shù)的實際值與結(jié)定值的偏差，并且在調(diào)節(jié)參數(shù)的偏差值的時候要使用專用的儀表以及裝置組成的系統(tǒng)，從而可以使得參數(shù)能夠在允許的波動范圍之內(nèi)。這樣做不僅可以減少人力的使用情況，而且能夠節(jié)約能量，最終達到雙贏的目的。

4、結(jié)束語

促使中央空調(diào)節(jié)能的技術(shù)是多種多樣的，比如：重視中央空調(diào)設(shè)備以及管道的保溫工作，從而可以使得運行費用降低以及節(jié)約一定的能耗。與此同時，要重視空調(diào)日常的維護以及清洗工作。并且在管理中央空調(diào)系統(tǒng)的過程中，要檢查蒸發(fā)器以及冷凝器的工作情況，減少主機的耗電量。除此之外，要對空調(diào)操作人員的培訓(xùn)工作進行加強，不斷提高工作人員的綜合素質(zhì)，促使各種空調(diào)節(jié)能措施得以順利執(zhí)行。

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作者簡介：

張舒欣（1984.09-），男，漢族，安徽省臨泉縣人，大專，數(shù)控技術(shù)專業(yè)，研究方向：中央空調(diào)節(jié)能與控制。

（作者單位：浙江大沖能源科技有限公司）