模糊控制技术在通风空调系统中的节能应用

2014-06-05姜博骞志彦汇通华城楼宇科技上海有限公司上海200051

中国房地产业 2014年15期

关键词：冷源冷量冷却塔

文/姜博、骞志彦汇通华城楼宇科技（上海）有限公司上海 200051

文/潘松中国石油吉林石化公司吉林吉林 132000

模糊控制技术在通风空调系统中的节能应用

文/姜博、骞志彦汇通华城楼宇科技（上海）有限公司上海 200051

文/潘松中国石油吉林石化公司吉林吉林 132000

本文分析了通风空调系统的工作原理，评估并提升通风空调冷源系统的主要能耗设备冷冻主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等的节能性，以智能模糊控制技术为重要基础，结合现代计算机技术、变频调速技术、系统集成技术，满足末端负荷的需求，实现空调运行参数的优化，最大限度的实现整个空调系统能耗的降低。

智能模糊控制；通风空调冷源系统；负荷预测；节能

1、通风空调负荷分析及工作原理

通风空调系统是酒店、商场、办公楼、医院、工厂等现代大型建筑物必备的重要基础设施之一，约占整个建筑物电能消耗的40%-50%。通风空调系统的冷负荷是根据整个建筑的面积评估出最大冷负荷，结合建筑物使用特点预留一部分余量的来确定的。在通风空调系统实际运营过程中，系统的冷负荷都是不断变化的，因此具有很大的节能空间。

通风空调冷源系统主要能耗设备冷冻主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等。通风空调冷源系统的工作原理如下：冷冻循环系统由供、回水设备（冷冻主机、定压补水装置、冷冻水泵、分水器、集水器、水处理加药装置等）及管网构成。冷源系统工作时，冷冻主机将电能转换为冷量，主要体现在冷冻水循环系统，将低温冷冻水集中运输到分水器，分水器通过管路将低温冷冻水分配到各个空气处理机组，然后回到集水器，通过冷冻水泵的动力回到冷冻主机，冷却水循环系统制冷过程中产生的热量通过冷却塔散失到空气中去，再通过冷却水泵的动力回到制冷主机。

图1 通风空调冷源系统工作原理

2、冷冻水循环系统模糊预期控制技术

冷源系统系统具有大惰性、多参量、耦合性强等特点。

大惰性：冷冻水循环系统的管网结构一般都比较长、结构比较复杂，冷冻水循环一个周期大约需要几十分钟甚至更长时间；

多参量：冷冻水循环系统各部分的水温、流量、压力、压差等参数，均会影响到整个冷源系统的运行效率；

耦合性强：冷冻水循环系统各部分参数互相之间均会互相影响。

为克服空调冷冻冷源系统的大滞后、大惰性特征，利用一项创新性的模糊数学模型技术，冷冻水循环模糊动态控制技术。

智能模糊控制的过程如下：

（1）当冷源系统的末端冷负荷需求发生变化时，冷冻水循环系统供回水的压力、压差、温度、温差、流量等参数也会相应的变化，各个传感器将采集到参数实时地传递至模糊数学模型；

（2）模糊数学模型不断的刷新和充实，根据实时采集的数据及之前的历史负荷数据，利用模糊预测算法、结合冷源系统管网结构和冷源系统循环周期，预测出下一个周期冷源系统的用冷负荷；

（3）根据模糊数学模型预测出来的用冷负荷，调节各变频器输出频率，改变冷冻水循环系统的流量，使冷冻水循环系统各部分的水温、流量、压力、压差等参数运行在模糊数学模型给出的最优值，使整个冷源系统输出的冷量与末端用冷负荷需求达到匹配平衡。

图2 基于负荷预测的模糊控制系统原理图

冷冻水智能模糊预期控制技术的独创性：

（1）采用冷量控制，有利于制冷机组在高效率区域运行而节能；

（2）基于负荷预测，实现“超前控制”，有效解决大惰性系统的控制时滞性问题；

（3）实现“最佳输出能量控制”实现了冷量供给与能量需求的匹配；

（4）多重安全保护等措施，确保变负荷工况下空调系统运行的安全性。

3、冷却水循环系统模糊优化控制技术

当末端冷负荷发生变化时，所需要的冷量会产生相应的变化，冷水机组的负荷率将随之变化，冷水机组的效率(即COP值)也将随之变化，这是冷水机组本身固有的特性，典型曲线如下。

图3 制冷主机效率（COP值）典型曲线

在某一负荷率和湿球温度下，制冷主机的制冷转换效率（COP值）于冷却水供回水温度存在相关性，冷却水温度降低，对提升制冷主机运行效率（将电能转换为冷量）成正相关性，相应的会对于冷却水泵和冷却塔两个设备的能耗成负相关性。因此，对于同样的散热效率来说，制冷主机的能耗和冷却水泵、冷却塔风机能耗是相反的变化趋势。将制冷主机、冷却水泵、冷却塔风机的能耗集中统一为系统COP值，找出在不同制冷工作负荷情况，寻找最佳冷却水温度TCm，通过全局寻优的方式使系统运行在最优效率区间，使整个冷却水循环系统运行效率最高。