暖通空调能量管理与优化控制系统

暖通空调能量管理与优化控制系统

夏固政

夏固政

山西新唐工程设计有限公司

摘要：随着空调在人们的生活中应用的越来越广泛，随之而来的能源消耗问题也越来越明显，随着全球总能源储量的减小，暖通空调的节能降耗问题成为了我们目前首要面对的一个十分严峻的问题。本文主要从暖通空调的能源消耗方式入手，详细介绍了暖通空调能量管理系统的工作原理和工作特点，然后根据人们对系统的需求，对控制系统进行合理的优化，并根据未来空调系统的技术发展方向，为暖通空调能量管理和控制系统提供一个较为明朗的发展方向。

关键词：暖通空调；控制系统；优化；能量管理

暖通空调系统的能耗在整个建筑系统能耗中占据很大的比例，一般来说居民区和办公地区的暖通空调设备都是采用由多台设备并联构成的一个大的空调系统，由于这个系统庞大，很难对其进行宏观调控，就会很容易造成资源浪费，使得整个空调系统的能耗增加，并不能满足降低能耗的初衷。

1.暖通空调能量管理模块

对于能量管理控制模块的研究已经取得了较为成熟的结果，对于暖通空调能量消耗接近系统设定的某一定值时，该模块就会通过关闭一些不需要设备来降低能量成本，一般来说能量管理模块控制主要包括以下几个方面：

1.1优化启动/停止

优化启动/停止模块主要是通过对实际温度和设定温度的差别来优化对于暖通空调启停时间的控制，这一模块对于系统能源优化的主要方式就是始终将整个设备控制在待机状态，在尽量满足人们对于空调的需求的情况下，尽快将空调设定到待机状态，以减小暖通空调对能量的消耗。

1.2负载循环模块

负载循环模块的主要工作方式就是在系统运行稳定以后或者达到一定时间的周期以后，关闭指定的附属设备，降低能量的消耗，对于暖通空调负载循环系统，有一个明确的优化组合函数，就是根据制冷或者制热的负荷需求来选用制冷剂类型优化组合，最终达到一个提高HVAC系统的性能的目的。

1.3能量管理与统计模块

基于用户的用电量情况进行统计，针对用户在夜间和假日、周末、工作日等不同时间段对空调的使用时间进行统计，然后在数据库中进行整合，进一步分析个人或者企业对于空调性能需求情况，然后建立时间调度控制模块，合理利用外部环境条件针对不同时间段用户需求的不同选用不同的工作模式，这样既能够满足人们对于空调系统的需求，又能达到节能的根本目的。

1.4暖通空调空气调节子系统

空气调节子系统是暖通空调中的一个最重要的子系统，空气调节子系统对于空气处理的过程由送风、回风和换热三个系统组成，新风和回风混合以后形成混风，然后在通过热交换器进行降温或者升温，最后经由管道送入房间进行热交换，完成空气调节的目的，通过加强对空气调节系统的控制，能够完成对子系统的优化，进而进一步实现整个空调系统的优化。

2.暖通空调能量管理技术的发展现状

2.1优化控制

系统优化控制是暖通空调节能运行的一个最为关键的环节，对于系统优化控制方面的研究也有了较为成熟的成果，一般常用的系统优化控制方法是采用多目标遗传算法对空调系统的工作温度进行优化设定，既可以获得令人舒适的环境温度，又能够确保能量的最佳利用效果，但是这一优化控制方法也有着十分明显的缺点就是不能够扩展到其他系统对其进行准确的优化控制，一些研究任运在遗传算法的基础上对集中式暖通空调系统冷却水循环系统进行优化，以获得系统的最佳工作点和工作效率。

2.2基础控制器参数整定

在目前的回路控制系统参数整定方面一般采用的手段是将神经网络和模糊控制引入到控制器系统中，将人工神经网络运用到计算机计算控制领域，形成PID控制回路，能够有效的解决计算机对于人体舒适度预测不准确等问题，很好的抑制环境因素对于空调控制系统的干扰，案例的对基础控制器的参数进行整定。同时，还有一批人提出了新的方法对PID控制器进行优化，整体使用效果要比单独使用PID控制器进行控制的效果好得多。

2.3能量管理

能量管理是暖通空调系统能量管理的又一重要环节，加强对空调运行过程中的能量管理能够有效的防止能量资源浪费等情况的出现，能量管理系统就是对各个设备终端的能耗进行统计，然后进行分析整理，最后对整个空调系统的冷热源与负荷进行合理分配。能量管理控制是通过控制暖通空调不同单元的能量消耗，对能量消耗进行合理优化，从而使整个空调系统的能量需求降到最小。

3.暖通空调优化控制技术的发展趋势

3.1提高系统自动化水平

现有暖通空调系统优化的主要方式就是提高系统自身自动化水平，目前空调控制系统采用的是以传统的PID控制回路加上现有的CPU核心进行嵌入式系统的操作和控制，已经初步完成了智能控制理论的要求目标，嵌入式操作系统在空调控制系统中的运用时暖通空调能量管理优化过程中的一个里程碑，随着计算机水平的不断进步，嵌入式微处理器的价格和性能也得到了进一步的优化，现有的控制系统采用的是高级控制策略，本身具有自主学习功能，能够根据控制对象在变负荷、多种复杂工作环境下进行逐步学习，不断对控制回路进行优化，最终达到最优优化，实现对整个空调系统的各个环节的最佳控制。

3.2定工作点对各设备进行参数整定

目前暖通空调系统的工作当时大同小异，都是采用定工作点的方式来实现对于空调系统各个设备的温度、压力和能耗等参数的控制，每一个附属子设备都有自身的最佳工作点，在空调系统正式运行期间，空调系统不断对各个设备的工作参数进行统计，然后统计每一个设备的最佳工作点，因为不同子设备的最佳工作点不同，如果仅仅只是采用单一的工作点进行处理和调控就不能保证整个暖通空调系统的性能是最佳的，因此需要对控制系统进行优化控制，将每个设备的工作点设定在最佳工作点，达到实现优化控制研究的目的，同时也能实现节能的主要目标。

3.3实现全方位的监控

加强基础控制信息的反馈处理能够及时根据整个空调系统的运行状况进行调整，动过对空调系统管理的全方位监控，实现对基础控制单元的运行资料进行整合，进一步对空调的状况进行监督，确保能够中央系统能够对空调运行过程中的每一个动态都能及时掌握，并根据具体情况合理安排能量的运行，以期最终达到节能的根本目的。

3.4网络技术的应用

目前暖通空调控制系统采用的网络控制协议存在不同的差异，不同的控制系统有这自己的开发环境和协议标准，大师随着企业发展水平的不断进步和互联网水平的不断提升，不仅仅是暖通空调的控制系统需要集成管理，对于系统能量管理和运行的基本信息也要纳入同一网络技术平台进行数据共享，为空调能量管理控制和系统优化控制提供一个广阔的站站平台和明确的发展方向。

结束语：

根据暖通空调的管理运行模式，分析HVAC系统的特点，能够得到一系列优化的措施，能够有效的发展空调系统的节能减排工艺控制结束，从而有效的降低建筑的能耗问题，缓解全球能源资源紧缺的压力，对于推动国民经济建设有着十分重要的意义和举足轻重的作用。对于暖通空调能量管理与优化控制系统的研究能够为其他行业的能量管理控制系统的优化提供一定的思路和理论依据，为节能减排事业的发展奠定坚实的基础。

参考文献：

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[2]张春.暖通空调能量管理与优化控制系统的功能设计[J].科技风，2009，03：45.

[3]李树江，秦军，刘畅，张晓青.暖通空调系统优化控制与能量管理的现状及发展趋势[J].暖通空调，2007，04：30-34+18.