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

牛孝嶺

摘要：近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，居民收入水平不斷提高，人們對(duì)居住環(huán)境的質(zhì)量越來(lái)越重視，空調(diào)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚呐渲?。如何提高空調(diào)的運(yùn)行效率，降低空調(diào)的能耗是近年來(lái)的重要課題和方向。本文在分析暖通空調(diào)系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，深入分析了空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制技術(shù)。

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

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(guò)程中，其制冷效果是通過(guò)熱量的交換來(lái)完成。通過(guò)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(duì)熱量的吸收和釋放。制冷劑經(jīng)過(guò)膨脹閥節(jié)流，降低壓力和溫度使之變?yōu)榈囊后w后制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器負(fù)責(zé)吸收周?chē)諝饣蛭矬w的熱量，制冷劑在其中沸騰由原來(lái)的液體轉(zhuǎn)變成為低溫低壓的蒸氣，此部分氣體被吸入到壓縮機(jī)中，壓縮機(jī)將低溫低壓的氣體壓縮為高溫高壓氣體，然后將該氣體排入冷凝器中，冷凝器將制冷劑所攜帶的熱量傳遞給外界，同時(shí)制冷劑從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。通過(guò)如此反復(fù)循環(huán)，來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的交換起到溫度調(diào)節(jié)的目的。從以上的制冷過(guò)程不難看出壓縮機(jī)是暖通空調(diào)運(yùn)行的動(dòng)力源，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，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(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行充分的優(yōu)化，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(guò)制冷劑的循環(huán)變化來(lái)完成溫度的調(diào)節(jié)，從而營(yíng)造潔凈舒適的環(huán)境。目前HCFC-22為代表的HCFCs類(lèi)制冷劑是我國(guó)最常見(jiàn)的制冷劑。HCFC-22是一種無(wú)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(guò)程中，發(fā)揮出很好的制冷效果和制冷效率，因此HCFC-22在各種制冷設(shè)備，得到了廣泛的應(yīng)用。但是HCFC-22的應(yīng)用也帶來(lái)了巨大的負(fù)面影響，HCFC-22具有較高的ODP值，其長(zhǎng)時(shí)間的存在大氣中，會(huì)嚴(yán)重破壞臭氧層，臭氧層被破壞造成的嚴(yán)重后果，直接影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)，致使海洋生物死亡，人們皮膚患病率也會(huì)增加，南極上方甚至出現(xiàn)了巨大的臭氧空洞。同時(shí)HCFC-22制冷劑擁有很高的GWP值，HCFC-22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(guó)家和城市被淹沒(méi)。鑒于HCFC-22對(duì)環(huán)境的不利影響，自1992年哥本哈根會(huì)議以來(lái)，國(guó)際上已經(jīng)對(duì)HCFC-22替代展開(kāi)研究。2007年9月蒙特利爾議定書(shū)第19次締約方更是將以HCFC-22為代表的HCFCs類(lèi)制冷劑禁用時(shí)間提前至2030年。隨著禁用日期的臨近，人們也在不斷找尋新的制冷劑替代方案，杜邦和霍尼韋爾公司開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑R1234yf，其GWP值僅為4而ODP值為0，但其生產(chǎn)工藝和方法被杜邦和霍尼韋爾壟斷，使其使用成本很高。使用天然制冷劑（如：R744/R290/R600a等）來(lái)替代目前HCFCs類(lèi)制冷劑的研究近些年蓬勃發(fā)展，但目前天然工質(zhì)制冷劑絕大部分被用在輕小型制冷設(shè)備中。目前使用最廣泛的替代方案是使用混合制冷劑來(lái)暫時(shí)過(guò)渡性替代HCFCs，如使用R410A和R407C制冷劑來(lái)替代HCFC-22制冷劑。

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

空氣調(diào)節(jié)的意義在于，使空氣達(dá)到所要求的狀態(tài)或使空氣達(dá)到正常的狀態(tài)。在暖通空調(diào)的運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)的工作狀態(tài)會(huì)受到室外自然環(huán)境與室內(nèi)狀況的影響，這些影響因素有的是穩(wěn)定的，有的是不穩(wěn)定的，有的是隨時(shí)間變化的。因此，為了確保暖通空調(diào)的使用效果，使空氣達(dá)到所要求的狀態(tài)，系統(tǒng)通常會(huì)滿負(fù)荷投入運(yùn)行狀態(tài)中，這往往會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生能量不能被充分利用而大量散失，或者使空氣被過(guò)度調(diào)節(jié)。這些都將造成很大的能源浪費(fèi)。鑒于此，需要對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，系統(tǒng)優(yōu)化控制首先需要從其負(fù)荷狀態(tài)入手，研究該系統(tǒng)負(fù)荷的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，從而制定有效的能源節(jié)約方案。

3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中一種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠進(jìn)行多層次反饋，解決多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中隱藏的相關(guān)問(wèn)題。同時(shí)，其對(duì)解決非線性的映射問(wèn)題有非常重要的作用。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：首先，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)ξ淖?、?shù)據(jù)及語(yǔ)言等信息進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別與分類(lèi)，幫助工作人員快速地完成信息的處理工作;其次，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)函數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)非線性的特點(diǎn)建設(shè)函數(shù)模型，并將其應(yīng)用于工業(yè)化的控制系統(tǒng)中，從而操控設(shè)備的運(yùn)行方式。將其應(yīng)用于暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中，可以模擬該系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，為有關(guān)技術(shù)人員提供有關(guān)的理論支持和參考。此外，還可以利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬非線性函數(shù)的特點(diǎn)，建立與實(shí)際情況相同的網(wǎng)絡(luò)模型為暖通空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中狀態(tài)的調(diào)整提供有價(jià)值的參考。

3.2 Matlab語(yǔ)言的應(yīng)用

Matlab語(yǔ)言是一種功能性很強(qiáng)的程序語(yǔ)言，該語(yǔ)言可以處理數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)，其處理效率非常高，處理結(jié)果也非常準(zhǔn)確。因此，Matlab語(yǔ)言被廣泛應(yīng)用在控制系統(tǒng)、圖像處理及仿真系統(tǒng)等領(lǐng)域之中。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，Matlab語(yǔ)言的應(yīng)用體系也更加完善，各領(lǐng)域的技術(shù)人員也根據(jù)自身的實(shí)際需要，制造出了Matlab工具箱，其中包括各種樣式的子程序，方便人們的及時(shí)調(diào)取，并在此基礎(chǔ)上完成自己的編程工作。換言之，Matlab語(yǔ)言的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了模塊化的應(yīng)用方式，并簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的控制流程。在暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，Matlab語(yǔ)言可以結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一起應(yīng)用，其優(yōu)化與技術(shù)控制方式為：2種方式結(jié)合后，可以簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行流程。實(shí)際上，在暖通空調(diào)運(yùn)行的過(guò)程中，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到外界環(huán)境與室內(nèi)環(huán)境的影響。因此，系統(tǒng)的運(yùn)行狀況也時(shí)常發(fā)生改變。而采用上述2種方式結(jié)合的辦法，可以更加快速地收集相關(guān)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化不必要的系統(tǒng)運(yùn)作流程，提高系統(tǒng)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)模糊控制器和自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力模糊邏輯系統(tǒng)的算法，該算法能夠通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)及信息的分析，對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)制冷系統(tǒng)的整體優(yōu)化。因?yàn)榕照{(diào)制冷系統(tǒng)，是多個(gè)子程序同步循環(huán)的過(guò)程，是一個(gè)有機(jī)的整體，單純的對(duì)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，但系統(tǒng)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)的是將系統(tǒng)整體優(yōu)化為出發(fā)點(diǎn)，將暖通系統(tǒng)進(jìn)行全局優(yōu)化。其次，自適應(yīng)模糊系統(tǒng)還能有效的控制暖通系統(tǒng)的能耗。通過(guò)自適應(yīng)模糊算法，能找到系統(tǒng)最適宜溫度，促進(jìn)暖通系統(tǒng)與外在環(huán)境的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)用最低的能耗完成傳熱過(guò)程中的平衡。如此一來(lái)，有效的控制了暖通系統(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)時(shí)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(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)涉及生活質(zhì)量的各個(gè)方面都提出了更高的要求。同時(shí)，在現(xiàn)代建筑的建設(shè)過(guò)程中，暖通空調(diào)已成為不可或缺的重要部分，對(duì)人們的生活和工作環(huán)境有重要的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?王晴晴.暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化與控制技術(shù)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（06）：157-158.

（作者單位：瑞冬集團(tuán)股份有限公司）