暖通空调制冷系统的优化措施

董朕

摘要：由于人们对生活质量的需求越来越高，在建筑工程中暖通空调已经成为建筑中的必备设施。暖通空调在建筑工程中的应用可以有效提升建筑的使用性能，为人们带去更好的居住体验，但是实际应用的过程中可以发现，暖通空调在运行过程中会消耗大量的能源，与我国的节能减排要求严重不符。表现最为突出的就是暖通空调中的制冷系统，在运行的过程中消耗的能源占据总体能源的大部分。为此，我们有必要加强对暖通空调制冷系统优化措施的研究，提升能源利用率，为社会经济的可持续发展提供保障。

关键词：暖通空调；制冷系统；优化措施

暖通空调中制冷系统的运行原理决定了其在进行制冷操作时需要消耗较大的能源，据相关数据显示，暖通空调制冷系统所消耗的能源占据总体建筑工程消耗能源的百分之二十左右，这就意味着暖通空调的大量使用会加剧我国的能源问题。这与现阶段的发展需求严重不符，对我国的经济可持续发展也会带来消极影响。文中就对暖通空调制冷系统的优化措施展开研究，希望可以实现对暖通空调制冷系统的有效优化，在保证暖通空调制冷性能的基础上，尽量降低能源消耗，有效改善我国能源紧缺的问题。

一、暖通空调制冷系统的基本运行方式

暖通空调制冷系统的运行原理为利用系统中存在的制冷剂对热量进行转换。制冷系统运行的过程中，制冷剂处于系统中循环作用的状态下，制冷剂在运动的状态下进行吸热和放热，进而实现对室内外，冷热空气的有效交换，最终达成制冷效果。供暖过程的主要运行原理为，制冷剂在流经蒸发皿时，会对蒸发皿中的热量进行吸收，在吸收到一定的热量之后，制冷剂由原来的液体转变成低温气体，之后逐渐向系统中的其他设备流动，此时在压缩机的作用下制冷剂会形成高温高压的气体，在途经冷凝器之后，受到冷凝的作用，重新变回液体，此时便会释放出的大量的热达到供暖效果。

二、暖通空调制冷系统的优化控制基本思路及控制模型

制冷系统的优化主要体现在两个方面：一方面，集中对制冷系统能耗进行分析，找出能耗浪费的关键环节，并对运行过程中的能耗进行有效控制，尽可能缩短调节系统的中间环节，避免无用功的产生；另一方面，加强对温度控制系统的控制策略优化，提高温控精度和反应时间，提高系统动作灵敏度，给使用者带来更加人性化的智能控制体验。

从上面对于暖通空调制冷系统的介绍来看，暖通空调制冷系统的冷却效果跟冷却物质密切相关，外界环境温度高，系统处于高负荷运转下，进而使得环境温度下降，当环境温度降低到一个合适的值或者人为干预对目标温度进行调节时，由于实际的被控对象存在着传递滞后，冷却系统往往还在延续着高负荷的运行状态而不能做出有效及时的反馈和控制。这种情况使得制冷系统经常处于一个高能耗的状态，不可避免地造成了能源的浪费。

暖通空调一般用冷却水来进行热量交换，所以我们可以通过对于冷却水温度的分析，找出冷却水的温度变化对于暖通空调制冷系统工作效率影响。冷却水与冷却系统各个部件之间的工作效率是存在特定关系的。各个部件的能耗情况与冷却水的温度有关，随着冷却水温度的变化，不同位置部件的功率是发生变化的，单独一个部分的最优点不是整个制冷系统的最优点，所以我们要结合整体的情况，利用不同的系统进行最大限度的优化，使得暖通空调制冷系统的运行达到最节能的情况。

为达到节能（提高效率）和提高灵敏度、精确度两个目的，首先我们根据上述分析，针对暖通空调的运行建立系统优化数学模型。系统框图如上所示。在此模型中：给定温度是输入，通常由人为设定。热水温度为被控对象。其控制偏差由温度传感器采集到出水孔温度值并反馈到温度控制器后计算得出，偏差值是温度控制器进行控制的依据，也是整个闭环系统关键一环。

三、优化策略

1、PID控制

PID控制是基于经典控制理论的控制器，也是目前应用最为广泛的控制法，具有原理简单、适应性强、稳定度好的优点。利用该方法对空调制冷系统进行优化，关键步骤是对PID控制器中比例、积分、微分环节各项参数进行整定，参数设置的科学性直接决定着控制系统的优化效果。其步骤如下：

第一步：针对暖通空调制冷系统模型，在预先设定的采样周期内输入一个阶跃激励，让系统从启动到结束，完成一个完整的工作过程；第二步：控制参数的工程整定，方法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。以临界比例法为例，加入比例控制环节，调节参数直到系统阶跃响应出现临界振荡，确定制冷系统的比例系数和临界振荡周期；第三步：对通过整定得到PID控制器的参数进行整体调节，以冷凝器出水温度与设定值的稳态误差、温度调节周期等指标验证优化效果。PID控制完成上述步骤，即意味着在制冷系统的能耗管理和控制反应灵敏特性的优化已经完成。

2、自适应模糊控制系统

自适应模糊控制是一种基于神经网络的高效控制系统。它对系统内部变量要求不高，因而广泛适用于非线性、多变量的复杂系统。在控制制冷系统出水孔温度时可以根据控制器程序设定的数据来进行自动调整学习，然后自身的进行参数的改变。将自适应模糊控制使用到暖通空调制冷系统中后可以有以下几点优化：

自适应模糊控制系统在运行中可以实现对暖通空调制冷系统的有效控制，对暖通空调制冷系统的运行效果起到积极作用。在自适应模糊控制系统的有效作用下，暖通空调制冷系统的运行效率得到了有效的提升；在采取自适应模糊控制系统之后，暖通空调的运行性能可以得到有效提升，在系统的控制下，将运行参数进行有效调整，在保证暖通空调的制冷效果的同时，降低能源消耗，达到节能的目的；除此之外，自适应模糊控制系统的灵活性和适应性能力也表现出很大的优势。当暖通空调的系统运行模式发生转变时，自适应模糊系统可以自动进行调节，使其符合现阶段的暖通空调运行系统，在响应速度和动作敏捷性上也表现出一定的优势。

将自适应模糊控制应用于制冷系统的优化，不需要过多关注系统各个环节，如蒸发器的工作效率、毛细管的流量、压缩机和热交换器的工作特性。但是对系统控制策略和数据处理本身要求极高，整个控制程序的鲁棒性要求很高。目前有团队研发针对暖通空调制冷系统建立一个专门的数据库和故障集，并将其集成在制冷控制模块里，无论各种参数如何变化，系统CPU始终都可以从数据库调取数据资源，为下一步的决策提供依据。如此设计的系统将更多依赖空调系统运行的历史数据。

结语：

暖通空调制冷系统虽然不难，但是其存在的结构较多，所以在进行优化的时候还需要全面考虑。PID控制和自适应模糊控制是优化系统特性的重要策略。通过对调节参数的科学设置以及广泛的数据库、故障集的建立，暖通空调制冷系统的能耗可以得到有效的降低，其控制精度和灵敏度也会大大提高。相信随着科技的不断进步，暖通空调制冷系统也会变得越来越先进，智能化控制方案会越来越多地服务于大众。

参考文献：

[1]赵迎順.空调制冷系统的节能优化措施分析[J].工业b，2015（5）：00156-00156；

[2]张媛.暖通空调制冷系统的优化控制方法研究[J].中国高新技术企业，2017（3）：28-29.