vav空調(diào)系統(tǒng)的智能控制

1、<p>　　VAV空調(diào)系統(tǒng)的智能控制</p><p>　　摘要：伴隨我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們生活質(zhì)量有了提高，對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境也有了更高的要求。為滿足人們的需求，就得運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)大力開發(fā)。VAV變風(fēng)量集中空調(diào)系統(tǒng)主要是通過將送入被控房間的風(fēng)量來將室內(nèi)的冷、熱負(fù)荷消除，確保房間的溫度能達(dá)到設(shè)定值并恒定。如果夏季室內(nèi)溫度比設(shè)定值高的時(shí)候送風(fēng)量就得提高，相反的送風(fēng)量就應(yīng)減??；冬季如

2、果室內(nèi)溫度比設(shè)定值高的時(shí)候送風(fēng)量就要減小，相反的送風(fēng)量就提高。VAV系統(tǒng)可以使空調(diào)系統(tǒng)的性能顯著改善，將空調(diào)系統(tǒng)的舒適度提高，并使空調(diào)系統(tǒng)的能耗降低。下文就談?wù)勛约簩?duì)VAV空調(diào)系統(tǒng)智能控制的膚淺看法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：VAV空調(diào)系統(tǒng)；智能控制；方式 </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU831.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　一、VAV空調(diào)

3、系統(tǒng)定義 </p><p>　　變風(fēng)量系統(tǒng)也稱VAV系統(tǒng)（Vanriable Air Volume Systsm——VAV），與定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)一樣，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)也是全空氣系統(tǒng)的一種空調(diào)方式，它是通過改變送風(fēng)量，而不是送風(fēng)溫度來對(duì)某一空調(diào)區(qū)域的溫度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)空調(diào)區(qū)負(fù)荷的變化。其主要的工作原理是如果空調(diào)區(qū)負(fù)荷出現(xiàn)變化，系統(tǒng)末端裝置就會(huì)對(duì)送入房間的送風(fēng)量自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證室內(nèi)溫度不高于設(shè)計(jì)范圍，從而降低

4、空氣處理機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)的送風(fēng)量，空氣處理機(jī)組的送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)跟著降低，達(dá)到節(jié)能的目的。 </p><p>　　變風(fēng)量系統(tǒng)（VAV）上世紀(jì)60年代起源于美國，70年代在歐美和日本得于廣泛應(yīng)用，90年代末才進(jìn)入我國大陸地區(qū)，目前VAV的市場(chǎng)呈增長趨勢(shì)。占有率方面：在美國高層建筑 VAV系統(tǒng)使用率達(dá)90%以上，在香港90年代著名建筑中VAV系統(tǒng)的使用率在70-80%。日本的大廈在設(shè)計(jì)的時(shí)候就一定要滿足國家規(guī)定的節(jié)能指標(biāo)

5、，所以VAV在日本很快得到普及。因此VAV技術(shù)是非常成熟而且是逐漸成為世界空調(diào)控制的主流方式。 </p><p>　　二、VAV空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn) </p><p>　　空氣品質(zhì)好：風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)很難控制空氣中新風(fēng)的含量值，而且往往多采用回風(fēng)，這就是長時(shí)間呆在這種環(huán)境，會(huì)感到頭暈，缺氧等癥狀的原因。但在VAV系統(tǒng)中可以很準(zhǔn)確很合理地補(bǔ)充新風(fēng)，在舒適的前提下不也不會(huì)造成不合理的浪費(fèi)。 </p

6、><p>　　舒適性：風(fēng)量是根據(jù)需要在不斷地調(diào)節(jié)，室內(nèi)溫度可以控制在設(shè)定溫度的正負(fù)0.5度之內(nèi)。這一點(diǎn)在風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中是很難實(shí)現(xiàn)的。 </p><p>　　節(jié)能性：下面的圖可以顯示出VAV節(jié)能的特性。一年當(dāng)中，VAV系統(tǒng)的空調(diào)絕大多數(shù)時(shí)間是保持60-70%工作頻率。由于末端可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，因此大樓內(nèi)每個(gè)房間冷熱量的需求直接可以反饋到空調(diào)。所以，在滿足同一舒適性的前提下，VAV系統(tǒng)的空調(diào)就比普通造

7、定風(fēng)量系統(tǒng)中的空調(diào)節(jié)省約20%的能源。 </p><p>　　健康性：由于VAV系統(tǒng)是全空氣系統(tǒng)，因此不會(huì)像風(fēng)機(jī)盤管那樣存在冷凝水的問題，所以也不會(huì)有霉變的問題。風(fēng)道里送出來的風(fēng)不會(huì)像風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)那樣帶有很多細(xì)菌。 </p><p>　　方便管理：由于VAV系統(tǒng)每一個(gè)控制器都可以由聯(lián)網(wǎng)控制，所以每一個(gè)房間的運(yùn)行狀況，都可以在中控室進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)。而現(xiàn)有的一些樓宇系統(tǒng)，延伸到末端時(shí)只能就

8、地控制，這也就難免會(huì)造成一些能源的浪費(fèi)。 </p><p>　　三、變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)（VAV）常用控制方式 </p><p><b>　?。ㄒ唬┒o壓控制 </b></p><p>　　工作原理：確保系統(tǒng)風(fēng)道內(nèi)某一點(diǎn)（或幾點(diǎn)平均）靜壓一定的基礎(chǔ)上，由VAVBOX風(fēng)閥調(diào)節(jié)室內(nèi)所需風(fēng)量；系統(tǒng)送風(fēng)量由風(fēng)道內(nèi)靜壓與該點(diǎn)所設(shè)定值的差值控制變頻器工作調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)

9、轉(zhuǎn)速確定。與此同時(shí)，能夠?qū)⑺惋L(fēng)溫度改變來適應(yīng)室內(nèi)舒適性要求。 </p><p><b>　　變靜壓控制 </b></p><p>　　工作原理：在確保VAVBOX風(fēng)閥盡量的處于全開位置（85-100%），系統(tǒng)送風(fēng)量由風(fēng)道內(nèi)所需靜壓來控制變頻器工作，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定。并且，能夠改變送風(fēng)溫度來滿足室內(nèi)舒適性要求。 </p><p><b>

10、;　　總風(fēng)量控制 </b></p><p>　　工作原理：通過改變送風(fēng)量調(diào)整室內(nèi)溫度，并使送風(fēng)與回風(fēng)的差值保持恒定，以滿足構(gòu)筑物排風(fēng)的需求。 </p><p><b>　　四、模糊控制 </b></p><p>　　在過去幾年里，有一些應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的模糊邏輯控制，S.Huang和R.M.Nelson將PFC（PID和模糊控制相

11、結(jié)合）介紹進(jìn)HVAC控制領(lǐng)域并針對(duì)單元的二階傳函進(jìn)行了仿真。這兩位作者又對(duì)一種模糊控制規(guī)則的調(diào)整方法進(jìn)行了介紹，在HVAC系統(tǒng)的控制得到了應(yīng)用，用以對(duì)一個(gè)熱交換器的氣動(dòng)閥進(jìn)行控制，把回風(fēng)溫度作為輸入，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這種控制方案要好過PID控制。這些控制思想在VAV空調(diào)系統(tǒng)的控制中同樣可以運(yùn)用。Robert N.Lea和Edgar Dohmann應(yīng)用模糊控制器對(duì)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，輸入是溫度相對(duì)濕度和設(shè)定點(diǎn)，調(diào)節(jié)了6個(gè)區(qū)域。Soetal.

12、推出一了一種基于模糊邏輯的控制的控制器，四個(gè)單元狀態(tài)參數(shù)（供風(fēng)風(fēng)門后的壓力，室內(nèi)溫度，室內(nèi)相對(duì)濕度和供風(fēng)溫度）靠調(diào)節(jié)五個(gè)執(zhí)行命令（供風(fēng)風(fēng)機(jī)速度，供風(fēng)風(fēng)門角度，制冷水流速，再加熱器的功率和加濕器的溫度比）來控制。 </p><p>　　模糊控制器的控制思路是把VAV空調(diào)系統(tǒng)的的狀態(tài)參數(shù)作為輸入，輸出是VAV空調(diào)系統(tǒng)的執(zhí)行命令。一個(gè)簡(jiǎn)單的VAV空調(diào)系統(tǒng)的FLCD的方框圖狀態(tài)參數(shù)需要根據(jù)不同的控制方案來選取。 <

13、/p><p>　　常規(guī)的模糊控制器，有很多漏洞，例如系統(tǒng)的上升特性不理想，超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長，甚至出現(xiàn)振蕩，抗干擾能力差，穩(wěn)態(tài)誤差大，存在這些問題主要是因?yàn)槌Ｒ?guī)的模糊控制器在結(jié)構(gòu)上太過簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)的時(shí)候也有很多的主觀因素，并且如果確定了模糊規(guī)則就不能再改變，我們希望模糊控制器可以動(dòng)態(tài)地對(duì)自身進(jìn)行調(diào)整，具有自學(xué)習(xí)能力，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制品質(zhì)，當(dāng)前模糊控制的重要研究方向是自適應(yīng)模糊控制，主要包括模型參考自適應(yīng)模糊控制和自

14、校正模糊控制。模糊控制器可調(diào)整部分包含控制規(guī)則、隸屬函數(shù)和規(guī)范化因子。 </p><p>　　各種智能控制方法之間的結(jié)全能夠取長補(bǔ)短，比如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，就是運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力，還有結(jié)合專家系統(tǒng)，或者結(jié)合經(jīng)典的控制方法，現(xiàn)代控制方法，這些都是控制領(lǐng)域研究的前沿課題，控制人員需要深入研究，并盡快應(yīng)用到VAV空調(diào)系統(tǒng)中來。 </p><p><b>　　五、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 &l

15、t;/b></p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在HVAC控制領(lǐng)域里的研究和應(yīng)用更加廣泛。Curtiss et al.首先把其應(yīng)用到熱水盤管的熱水閥的預(yù)測(cè)控制，這項(xiàng)工作為之后的深入研究奠定了良好的基礎(chǔ)。它是以閥位、制冷負(fù)載、空氣溫度、空氣流速、熱水溫度、熱水流速及其它們的歷史數(shù)據(jù)作為輸入來對(duì)制冷負(fù)載進(jìn)行預(yù)測(cè)。這幾位作者又推出了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)HVC中央單元AHU進(jìn)行能源管理，完成對(duì)各局部環(huán)的優(yōu)化運(yùn)行控制，這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控

16、制的應(yīng)用同樣為VAV空調(diào)系統(tǒng)的控制提供了很多的思路。 </p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制通常是先對(duì)系統(tǒng)辯識(shí)，辯識(shí)的過程就堅(jiān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程對(duì)神經(jīng)元之間的連接權(quán)值的修改過程，之后可用于優(yōu)于控制。因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練需要很長時(shí)間，難以做到實(shí)時(shí)辯識(shí)，因此通常是在線辯識(shí)，實(shí)時(shí)控制。 </p><p>　　ANN辯識(shí)器由三層神經(jīng)元組成輸入層、隱藏層和輸出層，訓(xùn)練樣本的輸入應(yīng)為系統(tǒng)在時(shí)刻t-1的執(zhí)行動(dòng)

17、作（再加熱順功率輸出，加濕器的輸出，供風(fēng)風(fēng)機(jī)速度，制冷水水閥控制，供風(fēng)風(fēng)門角度等）和表征系統(tǒng)特性的狀態(tài)參數(shù)（室內(nèi)溫度，室內(nèi)相對(duì)濕度，供風(fēng)風(fēng)門后的壓力，供風(fēng)溫度，供風(fēng)風(fēng)速，回風(fēng)風(fēng)速，供風(fēng)含濕量等），輸出應(yīng)為系統(tǒng)時(shí)刻t的狀態(tài)參數(shù)。因?yàn)閂AV空調(diào)系統(tǒng)有很大的慣性，與ANN訓(xùn)練速度比較，單元特征變化比較慢，因此真正的控制問題不會(huì)出現(xiàn)，如果辯識(shí)結(jié)束，就開始控制過程?？刂破髡{(diào)節(jié)進(jìn)刻t的執(zhí)行命令，從而在下一刻到達(dá)一個(gè)希望的控制?？刂浦饕菫榱擞米钚〉?/p>

18、時(shí)延和能耗來獲取期望的室內(nèi)溫度和濕度等，讓系統(tǒng)的靜、動(dòng)特性可以滿足性能要求。因此，控制器的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)包括：有關(guān)設(shè)定點(diǎn)（如室內(nèi)溫度，室內(nèi)相對(duì)濕度，供風(fēng)機(jī)后壓力，或者PMV指標(biāo)等），和是系統(tǒng)總能耗（如風(fēng)機(jī)功耗，加溫器功耗等），具體參數(shù)的選取要根據(jù)所設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)和控制方案確定，而且從能夠調(diào)節(jié)它們之間的比例因子從而把側(cè)重點(diǎn)放在任何一項(xiàng)上。 </p><p>　　現(xiàn)階段，主要采用BP算法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然而BP算法有收斂速

19、度慢，容易陷入局部最優(yōu)兩個(gè)突出的缺點(diǎn)。而模擬退火算法、單純形法和遺傳算法（GA）可將這些問題解決，特別是近些年遺傳算法的研究與應(yīng)用越來越被人們重視。然而GA常常只可以在短時(shí)間內(nèi)尋找到接近全局最優(yōu)解的近優(yōu)解，是因?yàn)镚A的尋優(yōu)過程是隨機(jī)的，具有盲目性和概率性，就算已到達(dá)最優(yōu)解的附近，也很可能“視而不見”，與其“擦肩而過”，結(jié)合BP算法和遺傳算法可以將這些問題克服。 </p><p>　　總之，VAV空調(diào)系統(tǒng)以其空氣質(zhì)

20、量好、節(jié)能降耗、舒適、健康，自動(dòng)成化高易于管理等特點(diǎn)，在當(dāng)今建筑建設(shè)得到了很好的發(fā)展，創(chuàng)造了舒適的符合生活工作所需的空調(diào)環(huán)境。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]王作為. VAV空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 民營科技,2009,01:9-10. </p><p>　　[2]黃軍才. 關(guān)于VAV空調(diào)系