暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化與控制技術分析

劉巧娟 王亞蘭 李娟

摘要：隨著近年來對制冷系統(tǒng)的不斷研究，制冷系統(tǒng)的效率以及節(jié)能都得到了較大的提升，在對制冷系統(tǒng)設計與優(yōu)化過程中，要對制冷系統(tǒng)有足夠的了解，對暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作原理及性能參數(shù)等進行剖析，最后提出暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法，爭取做到最佳的優(yōu)化控制。

關鍵詞：暖通空調(diào);制冷系統(tǒng);優(yōu)化;控制技術

暖通空調(diào)的制冷劑運作問題，其能耗一直較高，進一步惡化了我國能源的供求關系，不滿足可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。而暖通空調(diào)中能耗最大的就是制冷系統(tǒng)，故對其進行優(yōu)化的控制有著重要意義。

1.暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作原理

暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)是由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流閥四部分組成。通過制冷劑在制冷系統(tǒng)中循環(huán)往復過程中實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)換的，制冷劑在壓縮機的壓力驅(qū)使下進入蒸發(fā)器在吸收了一定的熱量后汽化，又被壓縮機吸入壓縮，在冷凝器中降溫后還原成液態(tài)，再通過冷凝管道被壓縮機又一次輸送到蒸發(fā)器中，如此反復循環(huán)形成熱量的轉(zhuǎn)換，從而降低了室內(nèi)空間的溫度。在不斷往復循環(huán)的過程中，需要大量能源的消耗才能做到，要使得暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)達到極佳的制冷效果，就要提供大量的能源來驅(qū)動壓縮機的運轉(zhuǎn)。

2.暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化與控制技術分析

2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡的應用

BP 神經(jīng)網(wǎng)絡是一種多層反饋的網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以解決多層網(wǎng)絡的隱藏單元連接問題，而且BP 神經(jīng)網(wǎng)絡在解決非線性的映射問題時，有著不可替代的作用。根據(jù)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的特性，它主要用在以下三個方面：（1）模式的識別與分類。在計算機的數(shù)據(jù)中，可以將信息分為文字、圖片和語言等類型，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡可以根據(jù)不同數(shù)據(jù)的特征進行識別，然后把信息針對性的歸類，有助于加快信息的處理;（2）函數(shù)系統(tǒng)控制。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡可以利用其自身非線性的特點進行函數(shù)建模，建模后的系統(tǒng)就可以廣泛應用在工業(yè)控制中，如機器人的運動軌跡控制等;（3）壓縮數(shù)據(jù)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡可以對數(shù)據(jù)進行壓縮，減少數(shù)據(jù)所占據(jù)的內(nèi)存空間。另外，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡還可以對數(shù)據(jù)的特征進行抽取，方便數(shù)據(jù)的分析。根據(jù)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的上述特征，可以將這種神經(jīng)網(wǎng)絡應用在暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)中，實現(xiàn)對空調(diào)制冷系統(tǒng)中制冷機吸氣壓力的模擬。由于暖通空調(diào)制冷機的能耗有很強的非線性特點，所以在收集其能耗狀態(tài)時很難保證精確性?；诖耍梢园l(fā)揮BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的作用，實現(xiàn)對真實數(shù)據(jù)的模擬。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡可以模擬任意的連續(xù)非線性函數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型來逼近實際值，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡在暖通空調(diào)中可以實現(xiàn)制冷機狀態(tài)的監(jiān)測，方便后續(xù)的調(diào)整和控制。

2.2Matlab 語言在暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應用

Matlab 語言是一種很強大的工程語言，它可以處理大量的數(shù)據(jù)且處理的效率很高，所以，在控制系統(tǒng)、圖像處理和系統(tǒng)仿真中的應用較為廣泛。在隨后的發(fā)展中，Matlab 語言更為完善，各個領域的專家根據(jù)自身的需求推出了Matlab 工具箱，里面有各種訓練與設計的子程序，當人們需要的時候就可以直接調(diào)取，進而解放了自己的編程。綜上所述，Matlab 語言實現(xiàn)了模塊化的設計與應用，能夠簡化系統(tǒng)的控制過程，所以，即使不了解算法的本質(zhì)，人們也可以直接利用函數(shù)模塊來實現(xiàn)設計目的，方便了建模的過程。

BP 神經(jīng)網(wǎng)絡是算法的基礎，可以實現(xiàn)系統(tǒng)運作的模擬，而Matlab 語言是整個系統(tǒng)運作的模塊，在一定程度上可以看作是BP神經(jīng)網(wǎng)絡的子系統(tǒng)。如果把BP 神經(jīng)網(wǎng)絡應用在暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)中，就可以用Matlab 語言實現(xiàn)模塊的設定。這種結(jié)合的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩點：（1）簡化整個系統(tǒng)的設定。暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)受外界環(huán)境和室內(nèi)環(huán)境的影響較大，所以其運行會經(jīng)常性的發(fā)生改變，要收集其運行狀態(tài)的各種參數(shù)較為復雜。但是將BP 神經(jīng)網(wǎng)絡和Matlab 語言結(jié)合后，就能夠根據(jù)模塊的特性快速設定程序，簡化整個系統(tǒng)的運作;（2）反饋最接近實際情況的數(shù)據(jù)。為了降低暖通空調(diào)制冷機的能耗，需要確定其最佳吸氣壓力的狀態(tài)。制冷劑的狀態(tài)變化有著明顯的非線性關系，尋常的采集方法很難起到較好的效果，但是，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡能夠模擬非線性的映射，而Matlab 語言能夠快速的處理數(shù)據(jù)，這就形成了較好的循環(huán)，能夠最快速地把暖通空調(diào)制冷劑的運作狀態(tài)反饋給系統(tǒng)，方便了調(diào)整和控制。

2.3 自適應模糊控制系統(tǒng)的應用

自適應模糊控制系統(tǒng)能夠根據(jù)反饋數(shù)據(jù)的特征進行適應性學習，然后利用邏輯系統(tǒng)進行參數(shù)的調(diào)整。將自適應模糊控制系統(tǒng)應用在暖通空調(diào)中，其主要的作用如下：（1）整體優(yōu)化系統(tǒng)的性能。暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)組成的，它們是一個有機的整體，若單純地從某個元件進行優(yōu)化，就會存在協(xié)調(diào)的問題。但是自適應模糊控制系統(tǒng)是將整個制冷機作為系統(tǒng)進行優(yōu)化控制的，所以能夠?qū)⒛芎慕档阶畹?，進而實現(xiàn)整體系統(tǒng)的優(yōu)化;（2）能夠控制制冷機的消耗功率。自適應模糊控制系統(tǒng)可以根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)進行邏輯處理，進而尋找到最佳的冷卻水溫度，可以實現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)與環(huán)境條件之間的協(xié)調(diào)。（3）有較強的調(diào)節(jié)功能。自適應模糊控制系統(tǒng)有極強的學習能力和調(diào)節(jié)能力，在制冷機運行的過程中，若參數(shù)發(fā)生了較明顯的變化，自適應模糊控制系統(tǒng)就可以自主調(diào)整，把模塊的運行進行完善和改進，這就保證了控制過程的準確與有效。

2.4新風預處理的系統(tǒng)

新風預處理系統(tǒng)有兩種：除濕新風預處理系統(tǒng)和熱回收新風預處理系統(tǒng)。這兩個系統(tǒng)能夠滿足實際應用中濕度控制的環(huán)境要求，并能控制機器的漏電現(xiàn)象，避免冷熱偏移?？梢杂行У乜刂瓶照{(diào)系統(tǒng)的制冷量。此外，在溫濕度分開控制的基礎上，整體調(diào)節(jié)的精度可以進一步提高。熱回收式新風預處理系統(tǒng)主要用于低濕度要求的環(huán)境。在回收廢氣能量利用和預處理的基礎上，控制系統(tǒng)環(huán)境中的除濕和制冷量，可以完全控制空調(diào)制冷系統(tǒng)的容量。

3. 結(jié)論

綜上所述，暖通空調(diào)的制冷系統(tǒng)是暖通空調(diào)最重要的部分，也是能源消耗最大的部分，加強對暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化和控制，是降低系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)運行效率的最有效的途徑。

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