暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化與控制技術(shù)分析

王晴晴

摘? 要：近年來，我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，居民收入水平不斷提高，人們越來越關(guān)注生活環(huán)境的質(zhì)量?？照{(diào)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚呐渲??？照{(diào)能夠幫助調(diào)節(jié)室溫，提高空間的舒適度，還能夠起到凈化空氣的作用。空調(diào)在夏季的使用更加頻繁，空調(diào)的能耗也相對比較大，它幾乎占到整個(gè)建筑的一半以上。如何提升空調(diào)的運(yùn)行效率，降低空調(diào)的能耗是近年來專業(yè)人員研究的重要課題和方向。文章通過對空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作原理分析，對暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和控制技術(shù)進(jìn)行深入的分析。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào);制冷系統(tǒng);優(yōu)化控制

中圖分類號(hào)：U463.851? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）06-0157-02

Abstract： In recent years， with the rapid development of society and economy and the continuous improvement of residents' income， people pay more and more attention to the quality of living environment. Air conditioning has become an indispensable configuration in people's daily life. Air conditioning can help adjust the room temperature， improve the comfort of the space， but also play a role in purifying the air. Air conditioning is used more frequently in summer， and the energy consumption of air conditioning is relatively large， which accounts for more than half of the whole building. How to improve the operation efficiency of air conditioning and reduce the energy consumption of air conditioning is an important topic and direction for professionals to study in recent years. Through the analysis of the working principle of the air conditioning refrigeration system， this paper makes an in-depth analysis of the optimization and control technology of the HVAC refrigeration system.

Keywords： HVAC; refrigeration system; optimal control

引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們追求舒適的辦公環(huán)境和居住環(huán)境，我國大部分商用和民用建筑中都配置了空調(diào)，鑒于目前能源的短缺，提升空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制，降低空調(diào)能耗，能夠有效的促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的年能耗量，占據(jù)建筑總能耗量的25%-50%左右，空調(diào)作為優(yōu)化環(huán)境的必要基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，普遍性強(qiáng)，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的能源消耗，加劇了能源的供需矛盾。暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)是暖通空調(diào)的最重要的部分，也是能源消耗最大的組成部分，加強(qiáng)對暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和控制，是降低系統(tǒng)的能耗量，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的最有效的途徑。

1 暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作原理

暖通空調(diào)的實(shí)際作業(yè)過程中，最主要制冷效果是通過熱量的交換來完成。通過制冷劑在冷凝器、壓縮機(jī)、節(jié)流閥、蒸發(fā)器四個(gè)設(shè)備中不停的循環(huán)，促使制冷劑自身狀態(tài)變化的同時(shí)完成對熱量的吸收和釋放。蒸發(fā)器負(fù)責(zé)吸收熱量，對大量熱量的收集工程中，制冷劑發(fā)生變化由原來的液體轉(zhuǎn)變成為低溫低壓的氣體，此部分氣體進(jìn)入到壓縮機(jī)中，受壓縮機(jī)作用轉(zhuǎn)變成為高壓高溫氣體，該氣體進(jìn)入冷凝器中，把自身的熱量傳遞給空氣和水，并轉(zhuǎn)變回液體。通過如此的循環(huán)，熱量的交換來實(shí)現(xiàn)降溫的目的。暖通空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行中，不光存在制冷劑的循環(huán)，還有冷凍水、冷卻水、室內(nèi)空氣的循環(huán)，制冷劑通過壓縮機(jī)作用，被壓縮成液態(tài)后進(jìn)入蒸發(fā)器當(dāng)中，之后與冷凍水進(jìn)行熱量的交換，再經(jīng)過冷凍泵，這時(shí)冷凍水就來到風(fēng)機(jī)封口的冷卻盤管中，通過風(fēng)機(jī)的吹送作用進(jìn)行降溫處理。制冷劑經(jīng)過蒸發(fā)后，通過冷凝器轉(zhuǎn)換成為氣體，經(jīng)由冷卻泵，冷卻水被送至冷卻塔上，通過水塔風(fēng)機(jī)的噴淋冷卻，最終經(jīng)過跟空氣之間的熱量交換，實(shí)現(xiàn)了熱量的釋放。在熱量的循環(huán)和轉(zhuǎn)換過程中，制冷劑都參與其中，并發(fā)生了熱量交換，如此循環(huán)才能夠達(dá)到制冷的效果，將室內(nèi)的溫度下調(diào)，實(shí)現(xiàn)舒適的環(huán)境溫度。從以上的制冷過程不難看出，制冷系統(tǒng)完成了空調(diào)運(yùn)行的主要過程，是至關(guān)重要的組成部分，同時(shí)也是能源消耗的主力。因此想要降低暖通空調(diào)的能耗就必須對制冷系統(tǒng)進(jìn)行充分的優(yōu)化和控制，以提高運(yùn)行的效率，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。

2 暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

眾所周知，空調(diào)是通過制冷劑的循環(huán)變化來完成溫度的調(diào)節(jié)，從而營造潔凈舒適的環(huán)境。目前氟利昂化合物是我國最常見的制冷劑。氟利昂是一種無毒，化學(xué)性能穩(wěn)定且不可燃的化合物，它還具有良好的熱力學(xué)性能。在暖通空調(diào)的運(yùn)行過程中，發(fā)揮出很好的制冷效果和制冷效率，因此氟利昂化合物適用于各種制冷設(shè)備，得到了廣泛的應(yīng)用。但是氟利昂化合物的應(yīng)用也帶來了一定的負(fù)面影響，氟利昂長時(shí)間的存在大氣中，其中一小部分會(huì)深入平流層，在強(qiáng)烈的紫外線的作用下被分解，氟利昂分子分解出氯原子，進(jìn)而和臭氧發(fā)生一系列的反應(yīng)，一個(gè)氟利昂分子就能破壞大約10萬個(gè)臭氧分子，臭氧層被破壞造成的嚴(yán)重后果，直接影響植物的生長，致使海洋生物死亡，人們皮膚患病率增加，南極上方甚至出現(xiàn)了臭氧空洞。氟利昂在大氣中的濃度不斷增加促進(jìn)了“溫室效應(yīng)”，冰川大規(guī)模的融化致使海平面上升，會(huì)導(dǎo)致沿海的一些國家和城市被淹沒?；诜簩Νh(huán)境污染的不利影響，我們需要尋找更適合的制冷劑。目前廣泛使用的R410A制冷劑，不僅無毒，而且性能也很穩(wěn)定，最重要的是這種制冷劑更加清潔，主要由氟、氫、碳元素組成，不會(huì)造成臭氧空洞和溫室效應(yīng)。R410A制冷劑受到全國乃至全世界的一致推崇。

3 暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化與控制技術(shù)分析

暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，容易受到室外環(huán)境和室內(nèi)環(huán)境狀況的影響，為了保證制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高運(yùn)行效率，保證暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷效果，一般情況下，制冷系統(tǒng)會(huì)全部進(jìn)入運(yùn)行的狀態(tài)，這樣無疑給一部分制冷系統(tǒng)的作業(yè)造成壓力，使其超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成了大量的能源消耗。基于此，針對暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和控制的方案，應(yīng)該以其負(fù)荷狀態(tài)為方向，研究制冷系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下的吸氣壓力，為提升空調(diào)的運(yùn)行，降低能源的消耗提供必要的依據(jù)。

3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)中是比較常見的，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，不僅能夠?qū)Χ鄬舆M(jìn)行反饋，解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)的隱藏問題，還能促進(jìn)非線性映射問題的解決。首先，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能提高信息處理能力，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過對文字、語言、圖片等信息的有效識(shí)別，將不同的信息類別進(jìn)行準(zhǔn)確的歸類，幫助工作人員減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)，提高信息分類整理的準(zhǔn)確性。另外，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合非線性的特點(diǎn)組建函數(shù)模型，對函數(shù)系統(tǒng)實(shí)行精準(zhǔn)化控制。函數(shù)模型在工業(yè)化控制系統(tǒng)中的運(yùn)用，能有效把控機(jī)械運(yùn)行方式。將其運(yùn)用到暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)中，能夠模擬制冷系統(tǒng)中制冷機(jī)的吸氣壓力?；谂照{(diào)制冷機(jī)能耗的非線性，為分析其能耗的狀況造成一定的阻力。因此，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以模擬制冷系統(tǒng)運(yùn)行真實(shí)的情況，并得到有關(guān)的可靠數(shù)據(jù)，從而提高技術(shù)人員參數(shù)的精準(zhǔn)度。最后，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以真實(shí)模擬風(fēng)險(xiǎn)性函數(shù)的特點(diǎn)，建立符合實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)要求的網(wǎng)絡(luò)模型，為暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和控制方案提供參考和依據(jù)。

3.2 Matlab語言的應(yīng)用

Matlab語言一種程序語言，它能夠處理大量的龐雜數(shù)據(jù)，而且保證數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確率，是一種數(shù)據(jù)處理能力的極強(qiáng)程序語言。Matlab語言廣泛應(yīng)用到控制系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷促進(jìn)Matlab語言應(yīng)用系統(tǒng)的提升，各個(gè)領(lǐng)域的研究人員也基于自身的工作需要，不斷探索研究，制造了Matlab語言工具箱。工具箱方便人們調(diào)取實(shí)際工作中相關(guān)的某一子程序，也就是模塊化的應(yīng)用。如此一來，不僅能夠提高使用的便捷性，還有利用簡化控制操作流程。Matlab語言和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)作用于暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)，兩者的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)的制冷系統(tǒng)的模塊化控制。制冷系統(tǒng)可結(jié)合模塊特征來完成相關(guān)設(shè)定，制冷系統(tǒng)的運(yùn)行和操作也更加便捷，提高了暖通空調(diào)的運(yùn)行效率。

3.3 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用

自適應(yīng)模糊算法是基于自適應(yīng)模糊控制器、自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力模糊邏輯系統(tǒng)的算法，該算法能夠通過對采集的數(shù)據(jù)及信息的分析，對邏輯關(guān)系的參數(shù)實(shí)施自調(diào)整。自適應(yīng)模糊系統(tǒng)采用了自適應(yīng)模糊算法的優(yōu)化控制策略，來實(shí)現(xiàn)對暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制。首先它可以實(shí)現(xiàn)對制冷系統(tǒng)的整體優(yōu)化。因?yàn)榕照{(diào)制冷的過程，是多個(gè)子程序同步循環(huán)的過程，是一個(gè)有機(jī)的整體，單純的對某一個(gè)或者是某一部分的元件實(shí)施優(yōu)化，雖然在一定程度上能夠提升運(yùn)行能力，但空調(diào)的運(yùn)行能耗并未得到有效的控制。自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的是以整體的優(yōu)化為出發(fā)點(diǎn)，將制冷系統(tǒng)進(jìn)行全局優(yōu)化。其次，自適應(yīng)模糊系統(tǒng)還能有效的控制制冷系統(tǒng)的消耗功率。通過自適應(yīng)模糊算法，能找到冷卻水系統(tǒng)的最適宜溫度，促進(jìn)空調(diào)制冷系統(tǒng)于外在環(huán)境的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)運(yùn)用最低的能耗完成傳熱過程中的平衡。如此一來，有效的控制了制冷系統(tǒng)的消耗功率。最后，自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力和學(xué)習(xí)能力。它可實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的實(shí)施在線調(diào)節(jié)，促進(jìn)優(yōu)化控制模塊的進(jìn)步和改善，確?？刂普{(diào)節(jié)的有效性。

4 結(jié)束語

總之，暖通空調(diào)作為現(xiàn)代化建筑當(dāng)中不可缺少的一部分，在給人們提供優(yōu)越舒適的居住和辦公環(huán)境的同時(shí)，也造成了巨大的能源損耗，制冷系統(tǒng)占據(jù)了暖通空調(diào)能源消耗的大部分。因此對暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和控制有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。依據(jù)國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，相關(guān)工作人員要不斷的研究和探索，尋找出更加適合的優(yōu)化暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的方式方法，并切實(shí)落實(shí)到實(shí)際的暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，未來的發(fā)展過程中，還需要對制冷系統(tǒng)的實(shí)施不斷的提升，將節(jié)能環(huán)保和智能作為未來發(fā)展最主要的方向。暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和控制不僅為創(chuàng)造舒適的環(huán)境提供支持，還可以幫助使用者節(jié)省開支。我們要將節(jié)能理念貫徹到生活的每一個(gè)細(xì)節(jié)中，提高人們的精神文明建設(shè)，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。

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