王艷玲 劉欣

芻議暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制與能量管理的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王艷玲 劉欣

暖通空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說就是指汽車或者是房屋建筑物內(nèi)部負(fù)責(zé)通風(fēng)、暖氣以及空氣調(diào)節(jié)的有關(guān)系統(tǒng)或者設(shè)備，日常生活中隨處都應(yīng)用。這種暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要與熱力學(xué)，流體力學(xué)甚至流體機(jī)械學(xué)等等相關(guān)學(xué)科，應(yīng)用起來復(fù)雜而又全面。在機(jī)械工程領(lǐng)域有著舉足輕重的作用，是十分重要的學(xué)科之一。關(guān)于暖通空調(diào)優(yōu)化控制和能量管理的研究是十分必要的，本文筆者就其現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)做出探討。

暖通空調(diào)；節(jié)能方式；變頻技術(shù)；優(yōu)化控制

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制與能量管理的實(shí)用現(xiàn)狀

我國(guó)暖通空調(diào)的系統(tǒng)優(yōu)化控制和管理起始的時(shí)間相對(duì)比較晚，因此，有關(guān)問題引起的重視程度遠(yuǎn)不夠高，基于這個(gè)系統(tǒng)環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換進(jìn)行的控制而設(shè)定出的系統(tǒng)安排，呈現(xiàn)必要的設(shè)定點(diǎn)以支持運(yùn)行，保證末端系統(tǒng)的監(jiān)控，做好必需的結(jié)構(gòu)以回應(yīng)，確保整個(gè)系統(tǒng)耗能記錄和加以分析，運(yùn)用較為先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行具體能量消耗的縮小處理?，F(xiàn)階段的適應(yīng)控制理念在空調(diào)系統(tǒng)中有了一定量的控制與應(yīng)用，運(yùn)用具體參數(shù)辨識(shí)處理技術(shù)進(jìn)行基因遺傳改造，就是要在原來的空氣處理方式基礎(chǔ)上，進(jìn)行具體的設(shè)備加以支持，保證并促進(jìn)功能提高的同時(shí)，準(zhǔn)備好現(xiàn)場(chǎng)資料的觀察和分析，實(shí)現(xiàn)后期對(duì)整體系統(tǒng)功能和節(jié)能管理中所需的要求。

現(xiàn)在我國(guó)暖通空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，各大商場(chǎng)、寫字樓以及其他各類建筑都已應(yīng)用，包括汽車空間也隨之普及。但現(xiàn)在暖通空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)中也出現(xiàn)了問題，它的耗能一般會(huì)很大，據(jù)獲悉一般會(huì)占的比重為建筑總耗能的一半以上，雖然在某一規(guī)定的狀態(tài)下系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)達(dá)到效率最高，但暖通空調(diào)分布整個(gè)建筑，是由數(shù)百臺(tái)設(shè)備通過通風(fēng)管道以及制冷劑等很多個(gè)環(huán)節(jié)來轉(zhuǎn)換最終拼接而成，所以這并不能保證每個(gè)設(shè)備的效率達(dá)到最高值，以至于出現(xiàn)的現(xiàn)狀就是能源的消耗過大。對(duì)于我國(guó)國(guó)情而言，稀缺的能源條件最終是不能接受這樣的高能耗系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)在這樣的社會(huì)情況來說，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

1.1 暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制

暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置在這個(gè)節(jié)能之路中可以說是重中之重，現(xiàn)在的優(yōu)化設(shè)置可以分為如下幾點(diǎn)：

（1）目標(biāo)遺傳算法來對(duì)溫度進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，通過系統(tǒng)的記憶功能讓溫度達(dá)到人體最舒適的數(shù)值，并且讓系統(tǒng)的能量利用達(dá)到最高值，就像運(yùn)動(dòng)中的肌肉記憶一樣。但是問題也是很突出的，就是不能很好地與其他體統(tǒng)完美結(jié)合，不能夠讓其他的系統(tǒng)也達(dá)到最理想的狀態(tài)；

（2）通過使全局系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)而設(shè)計(jì)的全局控制系統(tǒng)，通過整體的最優(yōu)值進(jìn)行設(shè)定，也就是忽略各系統(tǒng)的最優(yōu)從而達(dá)到整體系統(tǒng)的平衡。但是，這是把整個(gè)系統(tǒng)看做是假設(shè)的一致，而且通過運(yùn)用也沒考慮水溫的分布。

所以通過不斷地探索最終技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)也就是通過節(jié)能的方式來順應(yīng)社會(huì)的需要。

1.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)的能量管理

隨著社會(huì)的進(jìn)步，進(jìn)入到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，計(jì)算機(jī)已經(jīng)普及運(yùn)用，代替了各種儀表，那些常規(guī)的儀表已不能適應(yīng)暖通空調(diào)的智能化，監(jiān)測(cè)、控制、管理都需要嚴(yán)謹(jǐn)快捷的計(jì)算機(jī)完成。在暖通空調(diào)系統(tǒng)控制和管理中應(yīng)用計(jì)算機(jī)可以大大提高動(dòng)作效率，減少運(yùn)行過程中不必要的能耗，運(yùn)用計(jì)算機(jī)可以減少運(yùn)行管理勞動(dòng)強(qiáng)度，順應(yīng)節(jié)能減排的社會(huì)號(hào)召。同時(shí)，也取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。能量管理的重要性是十分顯著，可以通過適當(dāng)?shù)哪芰抗芾肀苊庀到y(tǒng)跑、漏、疏等不安全以及浪費(fèi)現(xiàn)象，對(duì)于末端設(shè)備的調(diào)控管理，便于分析暖通空調(diào)的水電氣運(yùn)行情況，以及對(duì)成本的核算都有很大作用；便于合理分派冷熱源，使其達(dá)到最佳合理分配，整體效益就可更上一層樓?，F(xiàn)在的暖通空調(diào)系統(tǒng)存在不同的控制協(xié)議，不同的能量控制系統(tǒng)具有不同的開發(fā)環(huán)境和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)的信息化程度加深，系統(tǒng)的能量控制和管理的集成也要被企業(yè)錄入企業(yè)信息管理系統(tǒng)當(dāng)中。實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和信息交換，是暖通空調(diào)能量管理的一個(gè)發(fā)展方向。

總的來說，暖通空調(diào)系統(tǒng)能量的問題很顯而易見，大部分是由于工作隨時(shí)間的改變而優(yōu)化，系統(tǒng)設(shè)備之間相關(guān)聯(lián)從而達(dá)到最優(yōu)化，使其成為整體，類似于團(tuán)隊(duì)一樣。

2 暖通空調(diào)優(yōu)化控制與能量管理的發(fā)展趨勢(shì)

暖通空調(diào)被運(yùn)用到現(xiàn)在的階段，它的現(xiàn)階段旨在充分提升自身的智能化，也就是自動(dòng)化水平，具體需要如何努力改進(jìn)主要包括：運(yùn)用設(shè)備的次序、用程序控制開關(guān)、回路控制組成單元器，其中回路的控制被稱為傳統(tǒng)PID；CPU核心處理為八位單片機(jī)。在這些年智能理論的應(yīng)用，得到了很大的發(fā)展空間，外加上嵌入式微處理器的成本降低，也就導(dǎo)致了社會(huì)主流單元控制器的嵌入式微處理器的系統(tǒng)必然大于或等于16位。同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)的自學(xué)功能適應(yīng)功能也得到很大提升，相當(dāng)?shù)膹?qiáng)。這種單元控制器也可以在任何初始條件下實(shí)現(xiàn)回路，達(dá)到最優(yōu)控制。

與此同時(shí)，暖通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備流量和壓力以及溫度等也為工作點(diǎn)方式，并且每個(gè)工作點(diǎn)都為最佳。但是，這樣的系統(tǒng)并不能確保是整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最佳，針對(duì)這樣的問題我認(rèn)為應(yīng)該采取把能耗作為指標(biāo)，能耗達(dá)到最小也就是最優(yōu)，所以節(jié)能就成了暖通空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。

現(xiàn)在暖通空調(diào)的管理功能主要就是監(jiān)控，暖通空調(diào)的所有基礎(chǔ)單元的信息集中管理，統(tǒng)一報(bào)告，調(diào)整狀態(tài)監(jiān)測(cè)的各種設(shè)備，必須對(duì)暖通空調(diào)的每一個(gè)末端用戶進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)作為研究的重點(diǎn)，達(dá)到牽一發(fā)而動(dòng)全身的效果。

數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控不能依靠?jī)x表等設(shè)備，必須與計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)，所以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)階段，暖通空調(diào)還有很多不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，控制協(xié)議也不相同，然而當(dāng)今社會(huì)信息化的普及程度不斷加深，也就必然順應(yīng)社會(huì)需求，需要一個(gè)集成化的控制管理系統(tǒng)，把暖通空調(diào)控制系統(tǒng)里面涉及的各種設(shè)備運(yùn)行的信息和能量管理的信息，集成基于網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)信息管理系統(tǒng)，達(dá)到數(shù)據(jù)共享。

3 暖通空調(diào)優(yōu)化節(jié)能方法

本文中一直有提及節(jié)能，筆者認(rèn)為節(jié)能才是最順應(yīng)社會(huì)趨勢(shì)的有效改革，未來的發(fā)展趨勢(shì)也會(huì)沿著節(jié)能的方向進(jìn)一步提升，現(xiàn)如今，社會(huì)要求我們節(jié)能減排，走可持續(xù)發(fā)展之路，節(jié)約能耗是必不可少的，我們需要研究并找出方法解決這一問題。

在暖通空調(diào)的節(jié)能過程里，首先要精確計(jì)算工程建筑的面積，從而組建出熱源系統(tǒng)，在一般情況下熱電站，熱泵、小型鍋爐、區(qū)域鍋爐房、熱水機(jī)組等都是熱源。熱電站的運(yùn)行效率是最高的，其次是熱泵，熱泵的熱量是可再生的，運(yùn)用大自然的熱能轉(zhuǎn)化而來，太陽(yáng)能、地?zé)岬取Ｎ覀冞€可以推廣變頻技術(shù)，在現(xiàn)代化的城市里面，暖通空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)代化也是必然的，我們可以通過變頻技術(shù)彌補(bǔ)空調(diào)系統(tǒng)中的工藝問題，同時(shí)，也可以減少能源消耗，也就可以降低經(jīng)濟(jì)成本。在一般情況下，空調(diào)系統(tǒng)只會(huì)按照預(yù)先制定好的功率運(yùn)行，如果在負(fù)荷較低的情況下就會(huì)造成浪費(fèi)。通過變頻技術(shù)就可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。我們可以根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量或水量，保證屋內(nèi)適宜的溫度?，F(xiàn)如今，我國(guó)工業(yè)變頻器的推廣和使用已是日?；?。通過變頻調(diào)節(jié)優(yōu)化配置，達(dá)到良好的節(jié)能效益。

還有一種冷熱能回收的優(yōu)化也是可行的，只是在進(jìn)一步研究中，在保障能源利用達(dá)到最高值的大前提下，通過空調(diào)系統(tǒng)的冷熱能回收實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這也是一個(gè)突破。就像廢物利用在回收一樣，將釋放的冷熱能二次回收。我們可以通過排風(fēng)系統(tǒng)的余熱進(jìn)行回收利用，但前提是保證排風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，將余熱回收，更好的應(yīng)用了排風(fēng)功能，對(duì)于新進(jìn)來的風(fēng)，又能提前進(jìn)行預(yù)冷或余熱，減少功能負(fù)荷量，這樣就減少了能量消耗，大大減輕了能耗壓力，當(dāng)然這樣的功能還有待研究，但空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是不容忽視的。

4 結(jié)語

總的來說，暖通空調(diào)相對(duì)于現(xiàn)代建筑來講，是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，尤其是現(xiàn)在追求建筑的智能性已經(jīng)成為世界潮流，并且遵循可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)能跟環(huán)保的具體運(yùn)用是可持續(xù)的關(guān)鍵所在，要加強(qiáng)對(duì)其研究，以更好的服務(wù)人們。

[1]史國(guó)文.淺談暖通空調(diào)能量管理與優(yōu)化控制系統(tǒng)[J].科技致富向?qū)В?012，01.

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1673-0038（2015）33-0225-02

2015-7-15