摘要：由于受氣象條件等因素變化的影響，在實(shí)際運(yùn)行過程中，空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷大多小于其設(shè)計(jì)負(fù)荷。為達(dá)到節(jié)能和優(yōu)化系統(tǒng)控制的目的，對(duì)三個(gè)實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略進(jìn)行能耗評(píng)估與分析：實(shí)時(shí)控制優(yōu)化冷媒水供水溫度；實(shí)時(shí)控制優(yōu)化二級(jí)泵供水壓力；以及供水壓力和供水溫度串級(jí)優(yōu)化控制。同常規(guī)的控制策略相比，這三個(gè)優(yōu)化控制策略都能具有一定的節(jié)能效果，而且能夠改善系統(tǒng)局部的控制特性，但它們都未使系統(tǒng)達(dá)到最佳的運(yùn)行工況。要使系統(tǒng)最大程度地節(jié)能，應(yīng)對(duì)影響系統(tǒng)能耗的控制變量同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

　　關(guān)鍵詞：變水量 冷媒水系統(tǒng) 優(yōu)化 控制策略

　　引言

　　在空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，由于受氣象條件等因素變化的影響，在多數(shù)的運(yùn)行時(shí)間里空調(diào)負(fù)荷遠(yuǎn)小于其設(shè)計(jì)負(fù)荷[1] .特別是對(duì)于采用變水量（Variable Water Volume，VWV）的樓宇空調(diào)系統(tǒng)，由于其控制變量更多以及控制系統(tǒng)更為復(fù)雜的特點(diǎn)，依賴經(jīng)驗(yàn)的控制方式在很大程度上已經(jīng)無法完成控制管理的任務(wù)，也不能很好地體現(xiàn)VWV系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

　　因此，根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化情況，針對(duì)變流量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和可調(diào)參數(shù)較多的特點(diǎn)，在部分負(fù)荷時(shí)段調(diào)整制冷系統(tǒng)的某些運(yùn)行參數(shù)，在滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，盡可能地減少系統(tǒng)的能耗并提高系統(tǒng)的控制特性。本文選取冷水機(jī)組的供水溫度和二級(jí)泵的供水壓差作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制這兩個(gè)參數(shù)，在保證負(fù)荷要求的情況下，與固定策略相比，三種優(yōu)化策略都能夠達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)系統(tǒng)的控制特性比較穩(wěn)定。但它們都未使系統(tǒng)達(dá)到最佳的運(yùn)行工況，要使系統(tǒng)最大程度地節(jié)能，應(yīng)對(duì)影響系統(tǒng)能耗的控制變量同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

　　1、研究對(duì)象

　　系統(tǒng)的二級(jí)供水采用變頻泵通過恒壓控制調(diào)節(jié)水量以滿足AHU的要求；初級(jí)和二級(jí)冷媒水供水回路之間的旁通閥通過恒壓控制調(diào)節(jié)旁通水量以保持通過每臺(tái)冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量不變；冷卻塔進(jìn)出水總管之間混水閥的控制用于防止在低溫工況下過低的冷卻水溫度；各冷水機(jī)組都有一個(gè)出水溫度控制器控制冷媒水的出水溫度；各AHU都有一個(gè)送風(fēng)溫度控制器控制送風(fēng)溫度。

　�。╝）室外溫度條件

　�。╞）AHU的送風(fēng)量變化情況圖

　　2、室外溫度條件及AHU的送風(fēng)量變化情況

　　3、三種優(yōu)化策略

　　3.1 供水壓力優(yōu)化控制

　　在VWV系統(tǒng)中，二級(jí)泵大多采用變頻調(diào)速泵或多臺(tái)定速泵配以一臺(tái)變頻調(diào)速泵，因此都可以進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)。它由恒壓控制器通過改變變速泵的轉(zhuǎn)速和定速泵的啟停以調(diào)節(jié)二級(jí)回路的流量，其控制參數(shù)是二級(jí)供回水主管的壓差或各AHU中進(jìn)出口壓差的最小值。根據(jù)各AHU負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)優(yōu)化該控制參數(shù)有節(jié)約二級(jí)泵能耗和提高系統(tǒng)控制特性的潛在能力[4] .自動(dòng)控制的AHU水閥的閥位代表了各自AHU相對(duì)負(fù)荷的變化，保持各水閥中最大的閥位處于接近100%的開度，可以在保證系統(tǒng)控制特性的前提下最大地減少二級(jí)回路的阻力。

　　3.2 供水溫度優(yōu)化控制

　　當(dāng)出水溫度設(shè)定得較低時(shí)，主機(jī)的蒸發(fā)溫度較低，因此COP較低，相同負(fù)荷時(shí)主機(jī)的能耗較大；反之設(shè)定得較高，主機(jī)的COP較高，相同負(fù)荷時(shí)的能耗較小。單從主機(jī)的能耗角度而言，應(yīng)盡可能地提高出水溫度的設(shè)定[5] .但是，過高的設(shè)定會(huì)使若干個(gè)甚至所有的AHU水閥開到最大也無法滿足負(fù)荷的要求，同時(shí)也增加了二級(jí)泵的能耗[6] .因此最佳的出水溫度設(shè)定應(yīng)是保持各水閥中最大的閥位處于接近100%開度時(shí)的設(shè)定[4] .

　　3.3 供水壓力與供水溫度串級(jí)優(yōu)化控制

　　將供水壓力和冷水機(jī)組供水溫度進(jìn)行串級(jí)優(yōu)化控制，即利用各用戶水閥的閥位信息[5] ，根據(jù)其中的最大閥位及系統(tǒng)運(yùn)行狀況，通過控制優(yōu)先級(jí)別的分定，確定兩個(gè)優(yōu)化設(shè)定值�？刂撇呗詫⒍�級(jí)泵供水壓力優(yōu)化作為優(yōu)先級(jí)控制，供水溫度優(yōu)化作為第二級(jí)控制。由于溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)較慢，故將供水溫度的優(yōu)化控制調(diào)節(jié)作為二級(jí)控制調(diào)節(jié)，在二機(jī)泵供水壓力的調(diào)節(jié)已接近極限時(shí)，啟動(dòng)供水溫度的優(yōu)化控制調(diào)節(jié)。

　　4、仿真結(jié)果及分析

　　本文中的兩個(gè)優(yōu)化控制參數(shù)的調(diào)整主要影響冷水機(jī)組和冷媒水二級(jí)泵的能耗情況。三種優(yōu)化控制策略的運(yùn)行結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)參數(shù)的調(diào)整是在滿足負(fù)荷要求及保證控制穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

　　4.1 供水壓力優(yōu)化控制策略結(jié)果

　　此優(yōu)化控制策略的能耗結(jié)果與固定策略相比如表1所示。其中固定策略供水壓力和供水溫度值分別是250kPa和7℃，優(yōu)化控制策略的供水溫度設(shè)定在7℃，供水壓力隨負(fù)荷的變化在50至250kPa范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　�。╝）供水壓力變化情況

　�。╞） 最大閥位變化情況圖3 供水壓力及AHU閥位變化情況

　　冷媒水的供水溫度不變，故在相同的負(fù)荷條件下冷媒水的流量理論上應(yīng)該是不變的，根據(jù)AHU最大閥位的變化情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)其供回水壓差從而調(diào)整二級(jí)泵的壓頭，由于供水壓力優(yōu)化使AHU的閥位比固定方案更接近100%，供水阻力減小，故二級(jí)泵的壓頭降低，從而使得二級(jí)泵的能耗減少。

　　4.2 供水溫度優(yōu)化控制策略結(jié)果

　　其中固定策略供水壓力和供水溫度值分別是250kPa和7℃，優(yōu)化控制策略的供水壓力設(shè)定在250kPa，供水溫度隨負(fù)荷的變化在7℃至10℃范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　�。╝）供水溫度變化情況

　�。╞） 最大閥位變化情況

　　二級(jí)泵的供水壓力不變，根據(jù)負(fù)荷的變化引起的AHU的閥位變化實(shí)時(shí)調(diào)整供水溫度。理論上講，在其他條件不變的情況下可以提高冷水機(jī)組的COP值，從而減少冷水機(jī)組的能耗。從供水溫度優(yōu)化策略的能耗情況來看，單純的調(diào)整供水溫度并不能夠很好的使冷水機(jī)組節(jié)能。因此要想取得更好的節(jié)能效果，應(yīng)該對(duì)影響系統(tǒng)能耗的參數(shù)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化控制。

　　4.3 供水溫度和供水壓力串級(jí)優(yōu)化控制策略結(jié)果

　　其中固定策略供水壓力和供水溫度值分別是250kPa和7℃，優(yōu)化控制策略的供水壓力在50kPa至250kPa范圍內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)整，供水溫度在7℃至10℃范圍內(nèi)隨負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　　（a）供水壓力及最大閥位變化情況

　�。╞）供水溫度變化情況

　　雖然這種控制策略相比固定策略有明顯的節(jié)能效果，但是控制程序中系數(shù)的不同設(shè)定可以得到不同的節(jié)能效果，可見這種依據(jù)一定經(jīng)驗(yàn)的調(diào)整并非最優(yōu)的控制方案。

　　5、結(jié)論

　　從以上的優(yōu)化控制策略運(yùn)行結(jié)果可以看出，三種優(yōu)化控制策略相對(duì)于固定策略都能夠節(jié)能。雖然三種優(yōu)化控制策略相對(duì)于固定策略都能夠節(jié)能，卻不是系統(tǒng)優(yōu)化控制節(jié)能的最好方案。從系統(tǒng)總體來講，對(duì)某一參數(shù)的調(diào)整可能會(huì)影響系統(tǒng)其他參數(shù)向不節(jié)能方向變化。在供水溫度優(yōu)化控制策略中，供水溫度的提高并不一定能夠提高冷水機(jī)組的COP值，不同程度的調(diào)整供水溫度其節(jié)能情況也不同，甚至供水溫度的調(diào)整使系統(tǒng)不節(jié)能，原因是影響COP值的其他因素導(dǎo)致COP值沒有提高；在供水溫度和供水壓力的串級(jí)優(yōu)化策略中，控制程序中不同的系數(shù)設(shè)定其能耗情況也是不同的。由此可見本文所述的三種優(yōu)化控制策略并非最好的控制方案。

　　因此，有必要根據(jù)影響系統(tǒng)能耗的參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)能耗的影響，確立一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并寫出相應(yīng)的約束條件，利用合理的尋優(yōu)方法，通過總體上的尋優(yōu)，得出節(jié)能控制的最佳策略。

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