劉森

摘? ? 要：本文首先大致介紹中央空調(diào)的相關(guān)知識(shí)，之后主要圍繞中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能問(wèn)題，以提高水系統(tǒng)的工作效率，使其更加節(jié)能為目的，筆者通過(guò)遺傳算法對(duì)水系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化;此外，通過(guò)對(duì)優(yōu)化的節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，證實(shí)了該方法的可操作性，而且能夠確保能耗系統(tǒng)時(shí)刻處于最佳狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào);協(xié)同;遺傳算法

1? 研究背景和研究意義

空調(diào)最先出現(xiàn)于歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家，他們也是最先對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行研究的地區(qū)，對(duì)于中央空調(diào)的耗能問(wèn)題歐洲國(guó)家的研究成果相對(duì)較多，大體上經(jīng)歷了三次技術(shù)創(chuàng)新。第一次創(chuàng)新是通過(guò)安裝變頻器對(duì)水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，這就避免了水泵一直以統(tǒng)一速度運(yùn)轉(zhuǎn)，此種方法可以減少10%甚至到30%的電能，使得中央空調(diào)系統(tǒng)可以節(jié)約5%到10%的能耗;第二次創(chuàng)新借助了計(jì)算機(jī)的普及，在之前的變頻器基礎(chǔ)上加入人工智能化控制，這項(xiàng)技術(shù)可以隨時(shí)檢測(cè)水溫變化，根據(jù)用戶實(shí)際要求改變系統(tǒng)負(fù)荷，大大提高了效率，而且節(jié)約了20%到40%的能耗;而第三代技術(shù)革命則是在原有技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，著眼整體降低能耗。第三次技術(shù)革命之后能耗的降低可達(dá)25%甚至到最高的50%。目前，中央空調(diào)系統(tǒng)的使用依然廣泛，但是它能耗巨大這一問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。

2? 協(xié)同技術(shù)在中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

2.1? 中央空調(diào)的組成以及工作原理

中央空調(diào)系統(tǒng)由制冷機(jī)組、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)等四部分組成。制冷機(jī)組就是中央空調(diào)必不可少的中心部分，主要作用是制冷或者制熱（本文以制冷為例）;在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中，常溫水會(huì)被蒸發(fā)器裝置中的制冷劑吸水熱量變?yōu)槔鋬鏊?，接著水泵?huì)將冷凍水在系統(tǒng)中傳送，降低環(huán)境溫度;冷卻水循環(huán)系統(tǒng)就是吸收水的熱量，并排放到空氣中去，制冷劑在冷凝的過(guò)程中會(huì)釋放大量熱量，這些需要循環(huán)地被冷卻水系統(tǒng)吸收，不斷排出;風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)循環(huán)吸收用戶區(qū)域空氣中的熱量，將熱量送往冷卻水系統(tǒng)，保證用戶的空氣新鮮，維持設(shè)定的溫度和濕度。

在冷凝器中，制冷劑被壓縮冷凝會(huì)放出許多熱量，系統(tǒng)中的冷卻水就會(huì)立馬吸收熱量，，吸熱之后的冷卻水會(huì)被水泵傳送到冷卻系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)中安裝有風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，他會(huì)對(duì)水進(jìn)行冷卻。另外，節(jié)流閥會(huì)對(duì)制冷劑進(jìn)行低溫低壓處理，就產(chǎn)生了液態(tài)制冷劑，當(dāng)制冷劑流入蒸發(fā)器中時(shí)，就會(huì)大量吸收冷卻水的熱量，使冷卻水溫度降到更低，之后傳送到用戶區(qū)域，同時(shí)，在蒸發(fā)器中吸熱汽化的制冷劑又會(huì)被傳送到壓縮裝置中進(jìn)行壓縮，如此循環(huán)往復(fù)進(jìn)行工作。

2.2? ?協(xié)同控制的運(yùn)用對(duì)中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)優(yōu)化方式

2.2.1? 協(xié)同控制與遺傳算法對(duì)中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的優(yōu)化

協(xié)同控制來(lái)自于協(xié)同學(xué)，也是協(xié)同學(xué)在實(shí)際中的運(yùn)用，協(xié)同學(xué)是耗散結(jié)構(gòu)理論的延續(xù)，在其基礎(chǔ)上，協(xié)同學(xué)指出了能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的具體形態(tài)以及它是如何產(chǎn)生的。協(xié)同學(xué)認(rèn)為，在一系列的變化中，系統(tǒng)遵從于自組織，是內(nèi)部的自組織能力使它們形成了有序的組織結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象就是各個(gè)系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的協(xié)同作用。

協(xié)同控制是指在開(kāi)放系統(tǒng)中，協(xié)同控制器總是會(huì)相互協(xié)作完成工作，使得系統(tǒng)各部分保持在相互協(xié)作的平衡點(diǎn)。協(xié)同控制的觀點(diǎn)認(rèn)為，不同的系統(tǒng)之間雖然有時(shí)會(huì)相差很大，但是當(dāng)它們處于一個(gè)更大的環(huán)境中時(shí)，它們之間往往能夠在相互制約的同時(shí)相互合作。同理，在許多設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)中，只要給予一定的條件，各個(gè)系統(tǒng)之間就會(huì)相互合作，使得整個(gè)系統(tǒng)能有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。

遺傳算法產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，在1970年，遺傳算法的使用結(jié)決了兩個(gè)大問(wèn)題：子程序選擇以及模式識(shí)別，后來(lái)遺傳算法被運(yùn)用到函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題中，經(jīng)過(guò)De Jong和Brindle的研究和發(fā)展，遺傳算法得到了廣泛的應(yīng)用。遺傳算法主要是運(yùn)用對(duì)染色體進(jìn)行編碼從而完成對(duì)問(wèn)題的探討。遺傳算法優(yōu)化首先要確定種群中的個(gè)體數(shù)量，并將每一個(gè)染色體的基因進(jìn)行編碼，然后通過(guò)檢測(cè)種群中個(gè)體的適應(yīng)度，進(jìn)而判斷優(yōu)化的結(jié)果，若符合所需的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，則找到最佳編碼的種群個(gè)體求出最優(yōu)參數(shù)。但是，如果還沒(méi)有達(dá)到優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，就需要繼續(xù)對(duì)產(chǎn)生的新個(gè)體進(jìn)行編碼，淘汰掉適應(yīng)度低的個(gè)體，就選擇適應(yīng)度較高的個(gè)體，將它們進(jìn)行交叉和變異得到新的種群進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2.2? 設(shè)計(jì)方案與遺傳算法對(duì)中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的步驟

在中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化試驗(yàn)中，在其中安裝現(xiàn)場(chǎng)傳感器，它可以精準(zhǔn)而迅速地將數(shù)據(jù)傳送到控制器，控制器依據(jù)協(xié)同作用理論對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)施控制?？刂葡到y(tǒng)中硬件設(shè)備主要有變頻器、傳感器、觸摸屏、PLC;變頻器可以根據(jù)實(shí)際需要改變電壓，有節(jié)能的作用，觸摸屏將試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)直觀地反映在屏幕上，操作人員可以直接觀測(cè)到數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以直接對(duì)PLC進(jìn)行操作，PLC是中央空調(diào)的核心部分，它可以有效調(diào)節(jié)變頻器的頻率，使水泵轉(zhuǎn)速符合符合用戶實(shí)際需要。

筆者主要通過(guò)使用遺傳算法對(duì)中央空調(diào)的能耗進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算出各個(gè)設(shè)備的最優(yōu)參數(shù)之后，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)能好的優(yōu)化可以最終降低中央空調(diào)的能源消耗。采取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)控制，找到可以最大限度優(yōu)化中央空調(diào)能耗的參數(shù)，并將參數(shù)傳遞到控制器中，在人工操作下，各個(gè)設(shè)備之間協(xié)調(diào)配合，共同完成節(jié)能任務(wù)

3? 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化中，首先要選擇對(duì)象，按照設(shè)定的優(yōu)化周期采集數(shù)據(jù);由于其他變量的影響，數(shù)據(jù)中會(huì)存在許多偶然性，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性;通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)得出優(yōu)化參數(shù)，并判斷其是否在可行區(qū)域內(nèi);優(yōu)化的結(jié)果不得受到外界干預(yù)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得知協(xié)同技術(shù)對(duì)中央空調(diào)的優(yōu)化作用。

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