空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略

閆海濱

冰輪環(huán)境技術(shù)股份有限公司 山東 煙臺 264000

引言

在當(dāng)下時(shí)代，我們提倡環(huán)保，節(jié)約能耗，要盡可能優(yōu)化技術(shù)，提升工藝水平，去減少相關(guān)產(chǎn)品的能源消耗。在我國的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，空調(diào)在能源消耗中占比過重，所以，急需解決空調(diào)的能源消耗問題，研究空調(diào)制冷原理，提高技術(shù)，改善空調(diào)的能源消耗水平。只有不斷去更新?lián)Q代，去改善空調(diào)發(fā)展的現(xiàn)狀，才可以提高空調(diào)的運(yùn)行水平，改善能源消耗過大問題，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。所以，企業(yè)要加大對制冷系統(tǒng)的研究力度，實(shí)現(xiàn)工藝改進(jìn)，推動(dòng)能耗的減少。

1 空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作原理

空調(diào)制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制冷本身就是利用不同裝置進(jìn)行熱量的吸收以及釋放，利用物理原理實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，包括由液體蒸發(fā)為氣體，由氣體液化為液體。制冷劑在冷凝器、壓縮機(jī)、節(jié)流閥、蒸發(fā)器四個(gè)設(shè)備中循環(huán)，節(jié)流閥主要作用是控制液體的流量，蒸發(fā)器顧名思義會轉(zhuǎn)化制冷劑的狀態(tài)，當(dāng)吸收熱量時(shí)，會將制冷劑液體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為氣體，之后氣體進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮后氣體壓力升高，溫度升高，壓縮后的氣體進(jìn)入冷凝器中，在這里氣體會轉(zhuǎn)化為液體，然后再通過節(jié)流閥節(jié)流降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器，吸熱蒸發(fā)降低水或空氣的溫度，從而實(shí)現(xiàn)水或空氣溫度的降低，達(dá)到制冷效果。在空調(diào)內(nèi)部存在多種循環(huán)，其中主要是制冷劑的循環(huán)，在制冷系統(tǒng)中，也是由于制冷劑的循環(huán)改變液體的狀態(tài)，在設(shè)備中進(jìn)行循環(huán)，進(jìn)行熱量交換、轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)熱量的變化，從而實(shí)現(xiàn)制冷效果。同時(shí)按照熱力學(xué)第二定律，在這個(gè)制冷循環(huán)中產(chǎn)生了大量的能源消耗。所以，我們可以得知，要想控制能源的耗費(fèi)，主要就是要通過優(yōu)化制冷系統(tǒng)，去研究如何提高壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器等設(shè)備的效率，改善制冷系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源消耗的減少。

2 空調(diào)制冷系統(tǒng)的現(xiàn)狀

空調(diào)在我們的生活中作用日益重要，一方面可以促進(jìn)生活質(zhì)量提升，改善生活環(huán)境，另一方面自動(dòng)化的操作又可以給生活帶來許多便利，充分體現(xiàn)了智能化。雖說空調(diào)在現(xiàn)在的生活中必不可少，給生活帶來了許多方便之處，但是不可否認(rèn)的是空調(diào)不僅會造成能源消耗過大，還會造成環(huán)境污染，對人類健康造成安全隱患。這主要還是由于制冷劑在作祟。當(dāng)前空調(diào)中的制冷劑主要是氟利昂化合物，這種化學(xué)物質(zhì)的危害性很大，它泄漏到大氣中后，上升到大氣臭氧層，最終被分解，與大氣臭氧層發(fā)生作用，最終造成溫室效應(yīng)和臭氧空洞現(xiàn)象，對我們的環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。所以，我們要研究危害性小甚至是沒有危害的制冷劑，探究清潔制冷劑，減少對環(huán)境的破壞。在節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的大背景下，現(xiàn)在市場上空調(diào)使用的制冷劑大多是R410A 等HFC類制冷劑，這類制冷劑相較于傳統(tǒng)CFC和HCFC類制冷劑而言，不含氯元素，不破壞大氣臭氧層，本身也無毒性，所以受到了市場上許多企業(yè)的認(rèn)可并加以利用。

3 空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略

3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)中的應(yīng)用廣泛，甚至在某些方面有不可或缺的作用。它可以解決多層網(wǎng)絡(luò)的隱藏單元連接問題，解決非線性的映射問題，還沒有其他系統(tǒng)可以超越。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擅長于信息獲取和分類，在信息化的世界中，會有各種各樣的符號、語言等不同形式，但是經(jīng)過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些不同形式的語言形式就會被識別，然后就可以對其進(jìn)行分門別類，再進(jìn)行處理，非常精準(zhǔn)且方便[1]。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以進(jìn)行函數(shù)建模，經(jīng)過一系列操作，對于想要建模的系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算后，會自行形成函數(shù)模型，這樣就非常方便地應(yīng)用于各類工業(yè)建設(shè)中，進(jìn)行信息化的虛擬模型，提高建設(shè)的效率和質(zhì)量。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還有一個(gè)功能就是可以將數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化，減少占據(jù)的位置，為其他項(xiàng)目挪出許多空間存放數(shù)據(jù)，還可以在眾多數(shù)據(jù)中篩選想要的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)且快速，給選取數(shù)據(jù)的工程項(xiàng)目提供了許多便利。通過了解BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這些優(yōu)點(diǎn)，我們可以充分發(fā)揮它的特點(diǎn)，應(yīng)用在空調(diào)的制冷系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)對空調(diào)制冷系統(tǒng)中制冷機(jī)吸氣壓力的模擬。鑒于制冷系統(tǒng)能量消耗是非線性的，這一點(diǎn)與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相通，所以就可以利用此網(wǎng)絡(luò)建立函數(shù)模型對消耗進(jìn)行模擬。通過此網(wǎng)絡(luò)可以篩選數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可以對模型進(jìn)行監(jiān)控，從而選取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，來進(jìn)行后續(xù)的調(diào)節(jié)。

3.2 Matlab語言在空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

Matlab語言的優(yōu)勢在于它處理數(shù)據(jù)的效率極高，大量數(shù)據(jù)的處理都不在話下。在大的數(shù)據(jù)背景下，工程師可以實(shí)現(xiàn)各式各樣的模塊構(gòu)建，極大地簡化了對于數(shù)據(jù)的控制，削弱了復(fù)雜性，使得建模非常方便簡單。相較于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Matlab語言側(cè)重于控制小的方面，那么就可以根據(jù)二者的優(yōu)勢，使得空調(diào)制冷系統(tǒng)發(fā)揮作用。因?yàn)橹评湎到y(tǒng)內(nèi)部影響因素不是一成不變的，反而受外界影響較大，所以為了減少外界影響，就可以充分利用這兩者，找出影響制冷的因素，設(shè)置相應(yīng)小的模塊進(jìn)行研究，對于想要的數(shù)據(jù)，利用Matlab語言來進(jìn)行獲取。要想使得制冷系統(tǒng)能源消耗降低，就要確定其最佳吸氣壓力的狀態(tài)，但是這種狀態(tài)不是呈現(xiàn)線性的形式，所以就在尋找具體數(shù)據(jù)時(shí)會形成阻力，加大難度[2]。所以借助這兩種智能系統(tǒng)，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬非線性映射，利用Matlab語言來進(jìn)行對所需數(shù)據(jù)的篩選，二者結(jié)合，就很輕易地對空調(diào)制冷系統(tǒng)中影響能源消耗的關(guān)鍵進(jìn)行控制，從而方便日后進(jìn)行研究和控制。

3.3 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用

自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)相較于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Matlab語言在控制方面更勝一籌。因?yàn)榍岸咧皇轻槍?shù)據(jù)的篩選，數(shù)據(jù)不會變動(dòng)，但是自適應(yīng)模糊控制則會控制住數(shù)據(jù)，在制冷系統(tǒng)中對于能源消耗最關(guān)鍵的是對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，所以在這方面自適應(yīng)模糊控制就要發(fā)揮作用了。自適應(yīng)模糊控制可以適應(yīng)制冷系統(tǒng)中的環(huán)境，從而進(jìn)行相適應(yīng)的學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)適應(yīng)中不斷進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到和諧。那么，借助自適應(yīng)模糊控制就可以做到對制冷系統(tǒng)整體的優(yōu)化控制。在對制冷系統(tǒng)進(jìn)行控制的時(shí)候，相對來說是比較困難的，因?yàn)橄到y(tǒng)是分模塊的，都是很小的部分之間在配合與協(xié)調(diào)，在整體控制上是比較艱難的，但是自適應(yīng)模糊控制就可以有效改善這一現(xiàn)象，它可以進(jìn)行整體的優(yōu)化控制，達(dá)到系統(tǒng)的控制。其次它能夠控制制冷機(jī)的消耗功率。因?yàn)樵谥评湎到y(tǒng)中制冷劑會在幾個(gè)設(shè)備中進(jìn)行循環(huán)，會進(jìn)行熱量交換與性質(zhì)變化，所以就要將不可逆損失減到最小，以控制能源消耗量。自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)通過邏輯處理，實(shí)現(xiàn)溫度與環(huán)境的適應(yīng)，找到能源消耗最小值，從而實(shí)現(xiàn)對消耗的控制。自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)還具備的一個(gè)優(yōu)勢就是可以進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，會隨著環(huán)境的變化而變化，對環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)，它的不固化和靈活性會加大控制運(yùn)行效率，也就達(dá)到促進(jìn)精準(zhǔn)控制的效果。

3.4 優(yōu)化室內(nèi)外循環(huán)風(fēng)量

要控制空調(diào)的制冷系統(tǒng)運(yùn)行噪音，需采取措施減少噪音釋放，由于空調(diào)的噪聲與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，所以就要通過控制轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)噪聲。風(fēng)速也會受到外界環(huán)境的影響，只有在靜壓或者相適應(yīng)的室溫條件下才可以達(dá)到風(fēng)速不受限制[3]。當(dāng)噪聲處于一定程度，我們就要采取措施來控制風(fēng)速了。首先我們要改變風(fēng)循環(huán)模式，只有改變它的運(yùn)行模式，才可以進(jìn)行下一步的操作，要調(diào)節(jié)的方向注意應(yīng)該是由外到內(nèi)，在控制的時(shí)候要注意內(nèi)外風(fēng)速的不一樣，不能強(qiáng)求是同一個(gè)數(shù)值，反而如果將內(nèi)外風(fēng)速調(diào)節(jié)到一樣的數(shù)值，還是不會解決噪聲大的問題。所以，最佳內(nèi)外風(fēng)速應(yīng)該保持內(nèi)循環(huán)風(fēng)速低于外循環(huán)風(fēng)速，在這個(gè)基礎(chǔ)上再隨著環(huán)境要求而進(jìn)行相應(yīng)控制和調(diào)節(jié)，其中要注意使得外循環(huán)風(fēng)速達(dá)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，那么剩下的工作就是調(diào)節(jié)內(nèi)風(fēng)速，這樣保持了風(fēng)速的穩(wěn)定控制后，就可以促進(jìn)對噪聲的控制了。借助這樣的方法，我們可以達(dá)到理想的制冷狀態(tài)，而這一方法是基于對風(fēng)速的控制而實(shí)現(xiàn)的。

3.5 制冷機(jī)優(yōu)化

在制冷機(jī)優(yōu)化中，CFD技術(shù)可以發(fā)揮很大的作用，是不可或缺的技術(shù)。它可以對龐雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過計(jì)算得以建模，從而大大提高了研究的效率。它的優(yōu)勢在于精準(zhǔn)，它可以在大量數(shù)據(jù)中進(jìn)行需要的計(jì)算，并且得到的結(jié)果十分準(zhǔn)確，這樣就會為制冷系統(tǒng)的研究減少大量的人力物力消耗，會減少工作時(shí)間的耗費(fèi)[4]。經(jīng)過CFD技術(shù)，對于數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，由技術(shù)人員進(jìn)行研究和控制，會提高工作的準(zhǔn)確性，縮減工作的時(shí)間。但是在采用CFD技術(shù)時(shí)，要注意關(guān)注壓縮機(jī)的狀態(tài)，因?yàn)橐虢P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，掌握壓縮機(jī)的壓力值是關(guān)鍵。要知悉壓縮機(jī)在一單位內(nèi)可以轉(zhuǎn)動(dòng)多少頻次，并記錄它在吸收冷氣時(shí)的壓力值，只有記錄這些數(shù)據(jù)，才可以建立模型。要持續(xù)關(guān)注壓縮機(jī)的狀態(tài)，它的數(shù)值變化與周圍溫度環(huán)境、工作情況息息相關(guān)，還要仔細(xì)關(guān)注這些數(shù)值的變化，去掌握這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)之間存在的明確關(guān)系，從而明確壓縮機(jī)變化的原因。最后我們會發(fā)現(xiàn)，制冷機(jī)系統(tǒng)的吸氣壓力就是 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出值。

3.6 熱回收裝置

傳統(tǒng)空調(diào)會消耗大量能源的原因之一就是不注重余熱的回收利用，導(dǎo)致大量余熱散發(fā)，而這些余熱還有很多可以再重復(fù)利用。那么我們就可以通過控制裝置進(jìn)行熱量的傳遞，將熱量消耗減到最小化，來達(dá)到耗能的減少。在空調(diào)的運(yùn)行過程中，會進(jìn)行其他排放，這樣也會造成能源消耗，這部分的消耗在空調(diào)耗能中也占據(jù)不小的位置，所以如果我們可以將這一部分的能源回收利用，那么也會大大減少消耗，設(shè)置熱回收裝置就可以有效改善這一局面[5]。為了保證空調(diào)制冷有一定的效果，空調(diào)運(yùn)行過程中會排出氣體，氣體的排放需要新風(fēng)來進(jìn)行，所以之后在對新風(fēng)進(jìn)行處理的時(shí)候必然又會消耗大量能量，這時(shí)候，熱回收裝置就可以對熱風(fēng)處理的這部分能量進(jìn)行回收，從而減少了能源消耗。在目前的市場上存在比較多的熱回收裝置，他們都可以在一定程度上對能源進(jìn)行節(jié)約，減少能源的消耗。探究他們的原理都是基于對于熱量的回收，將熱水系統(tǒng)與制冷機(jī)聯(lián)合使用，然后在控制和監(jiān)管中去調(diào)節(jié)對熱量的釋放，并對熱能進(jìn)行回收再利用，從而減少熱能的無效釋放，將熱能最大限度地進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)能源消耗的減少，促進(jìn)空調(diào)能效的改善。

4 結(jié)束語

總而言之，空調(diào)已經(jīng)成為生活、學(xué)習(xí)、工作不可或缺的一部分，但是空調(diào)的能源消耗之大與我們所提倡的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相違背。在消費(fèi)者對于空調(diào)的需求只增不減的情況下，我們急需要去改善空調(diào)的制冷系統(tǒng)，研究相關(guān)原理，去減少能源消耗，保護(hù)我們的環(huán)境。那么在制冷優(yōu)化策略中，就可以關(guān)注BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Matlab語言、自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)、室內(nèi)外循環(huán)風(fēng)量、制冷機(jī)和熱回收裝置。關(guān)注這些技術(shù)方面，逐步改善空調(diào)的制冷系統(tǒng)，從而逐漸實(shí)現(xiàn)工藝進(jìn)步，技術(shù)提升，實(shí)現(xiàn)降低能源消耗，促進(jìn)節(jié)能減排的目的。