暖通空调能量管理与优化控制系统的软件开发

暖通空调能量管理与优化控制系统的软件开发

林丽丹

广东 TCL智能暖通有限公司， 528400

【摘　要】暖通空调系统是人们生活生产中的重要设备，其能根据人们的实际需求，调节室内温度和湿度，从而方便人们更好地进行生活、生产和学习。不过，暖通空调系统是能源消耗大户，其节能降耗问题越来越受到人们的关注。主要针对暖通空调能量管理与优化控制系统的软件开发问题进行研究，以供参考。

【关键词】暖通空调；能量管理；优化控制系统；软件开发

暖通空调是智能建筑的重要构成部分,是智能建筑日常耗电的主要设备。该系统的耗能一般占整个智能建筑的60%以上,如果能有效地降低建筑空调能耗,将获得巨大的经济效益。因此作为建筑的能耗大户——空调系统的节能控制技术成为人们的研究热点。

一、暖通空调能量管理模块

当能量消耗数量接近某个设定值时，该模块通过调节开关指定设备以降低能量成本。能量成本的降低，有利于公司确定每天能量需求峰值的费用。它主要包括以五个方面：1）优化启/停：该模块是通过实际温度范围和设定温度范围的差分，来计算HVAC系统中各设备的最优启停时间。其能将设备尽量保持在待机状态，在保证空调的舒适度情况下，尽快将其置入待机状态。2）负载循环：主要是通过在一定的时间周期关闭指定设备来降低能量损耗。冷冻机优化组合函数：根据冷却负荷和允许冷冻机类型优化组合以提高HVAC系统的性能系数来节约能量。3）时间调度的具体功能：根据用户需求预先设定调度事件；以工作日和调度时间为依据开关设备；定义可以很容易的反映规律性的发生条件的重用事件；定义偶然发生的重用事件；修改调度，用户可以很方便的制定日程安排程序的类型，比如：假日、工作日、周末。4）能量管理与统计模块：允许用户检验电量和先前的能量消耗量以及使用成本，然后将从数据库中获得的数据生成图表。该模块基本功能有两个，即“能量管理和分析”和“能耗管理和分析”。5）夜间气洗的作用：在夜间，当室外温度降低的时候用室外空气清洗建筑。例如：AHU打开室外新风阀，关闭回风阀，打开所有选定的排风扇，从而达到节能，提高室内空气质量目的。

二、暖通空调优化控制模块该模块

为了使制冷量与用户负荷相匹配，提高HVAC系统的效率，降低能耗，需要优化HVAC控制系统的各回路设定点。通过把整个系统分成空气调节子系统和制冷子系统两部分，分别对两个子系统局部优化，然后再通过协调变量，来集成实现全局优化。

（一）暖通空调空气调节子系统

典型的全空气处理过程由送风系统、回风系统、热交换器三部分构成。新风与回风热交换形成混风，混风通过热交换器后降低温度，再通过很长的送风管道进入房间进行热交换。之后通过回风机排出室外，部分回风与新风混合进行下一次循环。影响控制目标温度的主要因素有冷冻水温度、露点温度、新风与回风的混风温度和湿度、送风量、房间负荷。当混合空气经过热交换器时由于达到露点温度时，特别是当相对湿度较大时，造成热交换系统的严重非线性关系，另一方面热交换过程是存在显热和潜热两部分，温度上升和下降的特性也不同，存在非线性环节。空气处理单元和被控房间是通过长长的送风管道相连，这就带来纯滞后，惯性也很大，另外长期使用造成管道阻力变化，这部分存在时变环节。在定负荷情况下，当进入空气处理单元的混风温度变化，会引起换热器热交换效率随之变化，因此会引起风系统能耗最小工作点的变化。当冷冻水供水温度发生变化，也会引起换热器热交换效率的变化，风系统能耗最小工作点随之变化。当混风温度和冷冻水供水温度同时变化，也能找到一个相应的风系统能耗最小值时，对应水流量和风流量就是风系统运行的最优工作点。

（二）暖通空调制冷子系统

制冷机的COP与制冷量和冷冻水供水温度及冷却水供水温度有关，暂时不考虑冷冻水系统，将冷却水的供水温度看成常量，COP随着制冷量的增加而下降；而在相同的制冷量下，冷却水供水温度越高，制冷机的COP越大。降低冷却水供水温度能够降低制冷机的能耗。然而，通过提高冷却塔的能耗来获得较低的冷却水供水温度得不偿失，这是因为随着空气质量流量的升高，风扇和水泵的功率将成立方增长。另一方面，冷却水回水温度反过来影响冷却塔的热交换率。这将导致在同样环境湿球温度下，冷却塔的低效运行。

三、暖通空调自整定模块

（一）控制回路

由于HVAC系统控制回路数字非常多，普通2万平米的智能大楼的回路控制数量就有近2千个，这么多的控制回路同时在线校正是没有必要的也是不现实的，回此本设计是采用分类方法，按空气处理系统中的温度调节、送风压力调节、混风比例调节，制冷子系统可以按冷冻水温度调节回路、冷却水温度调节回路等，这样尽管设备回路数很多，但需要控制类型是少的。

（二）控制器参数

在线校正在暖通空调系统的过程控制中，控制对象非常复杂，有些控制环节表现出很强的时滞、时变、非线性的特性，目前HVAC系统温度、湿度、空气污染度分别独立控制，控制器都是采用PID控制器，并且控制器参数是固定的。外界环境发生变化，特别是在湿度和房间负荷变化较大，其送风温度和静压力的控制效果差。由于空调控制系统的被控对象是房间的温度场，它与空调进行换热的工况相当复杂，制约因素太多，对这种大滞后、强扰动且被控对象未知或是时变的系统实施常规PID控制往往效果欠佳。因此，需对PID参数进行整定以获得最佳控制参数。

（三）控制性能监测

对于众多控制回路的控制效果是采用分组监视的方式，来评价其控制效果，系统只对其中控制效果差的回路首先进行单元控制器的屏蔽，然后通过现场总线把单元控制器中的控制量和被控制量信息读取到过程优化计算机中，按照某种校正策略进行在线调节。

四、结语

综上所述，根据暖通空调的系统构成和运行方式，通过分析HVAC系统可知，需要用于管理、计量和优化控制的变量很多，并且由于系统的多变量动态响应时间和要求的不同，而且还要完成系统的优化算法和控制器参数自整定的任务，使得软件系统的数据类型和数据结构非常复杂。最终根据HVAC系统各环节能量消耗特点，把软件设计分为设定点在线优化，能量管理及控制器参数自校正三部分，再把三大功能模块集成在一起，实现整个HVAC系统的运行的最优化。

【参考文献】

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