CN110895016A - 一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法，中央空调系统节能群控方法包括冷冻水系统控制、冷却水系统控制以及空气处理系统控制；所述冷冻水系统控制包括冷水机组加减机控制与冷冻水泵变频控制；所述冷却水系统控制包括冷却水泵变频控制与冷却塔风机变频控制；所述空气处理系统控制包括控制送风量控制与控制新风比控制；本发明中中央空调系统房间温度控制采用的是自适应模糊‑PID控制器，其控制稳态误小，鲁棒性强。
Description
技术领域
本发明涉及空调控制领域，具体涉及一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法。
背景技术
随着我国城市化的持续发展，大型公共建筑的数量与日俱增，由此而来的建筑高能
耗问题也日益突出。据相关资料统计，我国既有大型公共建筑总面积约5亿m2，不足城镇总建筑面积的7%，但其年总耗电量近1000亿kW h，占城镇总耗电量的22%，其单位面积年耗电量高达100}300kWh/(m2)，是普通居民住宅的10-20倍。大型综合商场作为大型公共建筑的重要组成部分，具有建筑面积大、窗墙比大、人员密度高、运营时间长、各种照明电器密度高、中央空调能耗高等特点，其单位面积能耗远远高于其他大型公共建筑，节能潜力巨大，因此降低大型综合商场能耗对建设节能型、环境友好型社会具有重要意义。
现有的中央空调控制通常为对单个的中央空调的负荷进行预测，并根据预测的结果调整下一时刻最优的冷冻水供水温度和冷冻水供回水压差值。这种控制方式大多采用单独控制的方式，保证可靠性与稳定性的同时影响了效率。并且这种中央空调的控制只能保证局部时间负荷最优，但难保证在整个时段节能效果。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
针对上述技术问题，本发明提供一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法，通过对括冷冻水系统控制、冷却水系统控制以及空气处理系统控制实现对空调的节能控制。
2.技术方案：
一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法，中央空调系统节能群控方法包括冷冻水系统控制、冷却水系统控制以及空气处理系统控制；所述冷冻水系统控制包括冷水机组加减机控制与冷冻水泵变频控制；所述冷却水系统控制包括冷却水泵变频控制与冷却塔风机变频控制；所述空气处理系统控制包括控制送风量控制与控制新风比控制；其特征在于：包括：
S1：冷水机组加减机控制：通过计算空调系统的总冷量，确定冷水机组的需求台数并自动控制其加减载；具体为：当系统负荷在预设的第一阶梯范围的负荷值，开启一台冷水机组；随着负荷的增大，达到预设的第二阶梯范围的负荷值，加载一台冷水机组，变为两台冷水机组联合运行；达到预设的第三阶梯范围的负荷值，加载另一台机组，直至全部的冷水机组全部加载；其中冷水机组为额定制冷量相等的冷水机组；且多台冷水机组联合运行时，冷水机组间并联且负荷平均分配；卸载时与上述加载的过程相反；在上述执行冷水机组加减机操作时均满足相应的加减机延时时间。
S2、冷冻水泵变频控制：冷冻水泵之间为并联运行且同步变频调速；采用冷冻水供回水温差控制方法来调节冷冻水泵转速；具体为：通过温度传感器检测分、集水器总管的冷冻水供回水温差，将此差值送入自适应模糊-PID控制器进行模糊推理和模糊运算，输出冷冻水泵的频率，调节水泵转速，从而实现对冷冻水流量的调节；自适应模糊-PID控制器通过对运行参数进行实时检测和调节，使得冷冻水流量与空调负荷相匹配，大幅减少水泵的能耗。
S3、冷却水泵变频控制：通过温度传感器检测冷却水总管的出水温度，然后由自适应模糊-PID控制器根据该温度来调节冷却水泵的电机频率，使冷却水总管出水温度重新恢复到设定值，从而实现冷却水循环系统的变流量运行；为了保证系统安全运行，冷却水泵变频器运行频率的下限值设定为30Hz；在系统全局能耗最优工况下，冷却水总管出水温度维持在330C至35℃之间。
S4、冷却塔风机变频控制：冷却塔之间为并联运行且各冷却塔的风机统一变频直到室外温度降低至全部风机停止运行；在夏季典型供冷季节对冷却塔风机实行湿球温差控制策略，具体为：通过温度传感器检测冷却塔的出水温度和室外湿球温度，得到冷幅△t=tc,o-twb；在规定的采样周期内，计算出冷幅的实测值与设定值的偏差及偏差的变化率，将这些参数输入到自适应模糊-PID控制器进行运算，实时调节风机频率，改变风机的转速，使实测冷幅趋近于设定值3℃。
S5、送风量的控制：采用总风量控制法调节中央空调系统的送风量，具体为：采用前馈控制对送风量进行调节，建立系统总风量与风机转速之间的函数关系，然后根据系统实时风量直接求得送风机的转速。
S6、新风量的控制：采用最小新风阀设定法对新风量进行控制，在变风量空调系统达到最大总送风量和最小总送风量时分别设定各自的最小新风阀位；当系统运行在最大送风量和最小送风量之间时，新风阀开度能够根据送风量的变化而成比例地变化；在过渡季节，可以加大新风阀的开度，增大新风比，利用新风的冷量来达到节能运行的目的。
进一步地，还包括冷冻水最大供水温度的控制方法，具体为：采用试算法寻找某一冷冻水供水温度te，使得在该温度下表冷器的除湿量等于室内湿负荷，此时若表冷器出口空气的干球温度小于极限机器露点温度，则te即为最大冷冻水供水温度；若表冷器出口空气的干球温度大于极限机器露点温度，则极限露点温度所对应的冷冻水进水温度tw.即为最大冷冻水供水温度。
3.有益效果：
本发明中中央空调系统房间温度控制采用的是自适应模糊-PID控制器，其控制稳态误小，鲁棒性强。通过模拟计算表明，采用本方法控制空调系统，与常规运行模式相比，系统在供冷季节的总节能率达10%左右。
附图说明
图1为本方法的控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明。
如附图1所示，一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法，中央空调系统节能群控方法包括冷冻水系统控制、冷却水系统控制以及空气处理系统控制；所述冷冻水系统控制包括冷水机组加减机控制与冷冻水泵变频控制；所述冷却水系统控制包括冷却水泵变频控制与冷却塔风机变频控制；所述空气处理系统控制包括控制送风量控制与控制新风比控制；其特征在于：包括：
S1：冷水机组加减机控制：通过计算空调系统的总冷量，确定冷水机组的需求台数并自动控制其加减载；具体为：当系统负荷在预设的第一阶梯范围的负荷值，开启一台冷水机组；随着负荷的增大，达到预设的第二阶梯范围的负荷值，加载一台冷水机组，变为两台冷水机组联合运行；达到预设的第三阶梯范围的负荷值，加载另一台机组，直至全部的冷水机组全部加载；其中冷水机组为额定制冷量相等的冷水机组；且多台冷水机组联合运行时，冷水机组间并联且负荷平均分配；卸载时与上述加载的过程相反；在上述执行冷水机组加减机操作时均满足相应的加减机延时时间。
S2、冷冻水泵变频控制：冷冻水泵之间为并联运行且同步变频调速；采用冷冻水供回水温差控制方法来调节冷冻水泵转速；具体为：通过温度传感器检测分、集水器总管的冷冻水供回水温差，将此差值送入自适应模糊-PID控制器进行模糊推理和模糊运算，输出冷冻水泵的频率，调节水泵转速，从而实现对冷冻水流量的调节；自适应模糊-PID控制器通过对运行参数进行实时检测和调节，使得冷冻水流量与空调负荷相匹配，大幅减少水泵的能耗。
S3、冷却水泵变频控制：通过温度传感器检测冷却水总管的出水温度，然后由自适应模糊-PID控制器根据该温度来调节冷却水泵的电机频率，使冷却水总管出水温度重新恢复到设定值，从而实现冷却水循环系统的变流量运行；为了保证系统安全运行，冷却水泵变频器运行频率的下限值设定为30Hz；在系统全局能耗最优工况下，冷却水总管出水温度维持在330C至35℃之间。
S4、冷却塔风机变频控制：冷却塔之间为并联运行且各冷却塔的风机统一变频直到室外温度降低至全部风机停止运行；在夏季典型供冷季节对冷却塔风机实行湿球温差控制策略，具体为：通过温度传感器检测冷却塔的出水温度和室外湿球温度，得到冷幅△t=tc,o-twb；在规定的采样周期内，计算出冷幅的实测值与设定值的偏差及偏差的变化率，将这些参数输入到自适应模糊-PID控制器进行运算，实时调节风机频率，改变风机的转速，使实测冷幅趋近于设定值3℃。
S5、送风量的控制：采用总风量控制法调节中央空调系统的送风量，具体为：采用前馈控制对送风量进行调节，建立系统总风量与风机转速之间的函数关系，然后根据系统实时风量直接求得送风机的转速。
S6、新风量的控制：采用最小新风阀设定法对新风量进行控制，在变风量空调系统达到最大总送风量和最小总送风量时分别设定各自的最小新风阀位；当系统运行在最大送风量和最小送风量之间时，新风阀开度能够根据送风量的变化而成比例地变化；在过渡季节，可以加大新风阀的开度，增大新风比，利用新风的冷量来达到节能运行的目的。
进一步地，还包括冷冻水最大供水温度的控制方法，具体为：采用试算法寻找某一冷冻水供水温度te，使得在该温度下表冷器的除湿量等于室内湿负荷，此时若表冷器出口空气的干球温度小于极限机器露点温度，则te即为最大冷冻水供水温度；若表冷器出口空气的干球温度大于极限机器露点温度，则极限露点温度所对应的冷冻水进水温度tw.即为最大冷冻水供水温度。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (2)
1.一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法，中央空调系统节能群控方法包括冷冻水系统控制、冷却水系统控制以及空气处理系统控制；所述冷冻水系统控制包括冷水机组加减机控制与冷冻水泵变频控制；所述冷却水系统控制包括冷却水泵变频控制与冷却塔风机变频控制；所述空气处理系统控制包括控制送风量控制与控制新风比控制；其特征在于：包括：
S1：冷水机组加减机控制：通过计算空调系统的总冷量，确定冷水机组的需求台数并自动控制其加减载；具体为：当系统负荷在预设的第一阶梯范围的负荷值，开启一台冷水机组；随着负荷的增大，达到预设的第二阶梯范围的负荷值，加载一台冷水机组，变为两台冷水机组联合运行；达到预设的第三阶梯范围的负荷值，加载另一台机组，直至全部的冷水机组全部加载；其中冷水机组为额定制冷量相等的冷水机组；且多台冷水机组联合运行时，冷水机组间并联且负荷平均分配；卸载时与上述加载的过程相反；在上述执行冷水机组加减机操作时均满足相应的加减机延时时间；
S2、冷冻水泵变频控制：冷冻水泵之间为并联运行且同步变频调速；采用冷冻水供回水温差控制方法来调节冷冻水泵转速；具体为：通过温度传感器检测分、集水器总管的冷冻水供回水温差，将此差值送入自适应模糊-PID控制器进行模糊推理和模糊运算，输出冷冻水泵的频率，调节水泵转速，从而实现对冷冻水流量的调节；自适应模糊-PID控制器通过对运行参数进行实时检测和调节，使得冷冻水流量与空调负荷相匹配，大幅减少水泵的能耗；
S3、冷却水泵变频控制：通过温度传感器检测冷却水总管的出水温度，然后由自适应模糊-PID控制器根据该温度来调节冷却水泵的电机频率，使冷却水总管出水温度重新恢复到设定值，从而实现冷却水循环系统的变流量运行；为了保证系统安全运行，冷却水泵变频器运行频率的下限值设定为30Hz；在系统全局能耗最优工况下，冷却水总管出水温度维持在330C至35℃之间；
S4、冷却塔风机变频控制：冷却塔之间为并联运行且各冷却塔的风机统一变频直到室外温度降低至全部风机停止运行；在夏季典型供冷季节对冷却塔风机实行湿球温差控制策略，具体为：通过温度传感器检测冷却塔的出水温度和室外湿球温度，得到冷幅△t=tc,o-twb；在规定的采样周期内，计算出冷幅的实测值与设定值的偏差及偏差的变化率，将这些参数输入到自适应模糊-PID控制器进行运算，实时调节风机频率，改变风机的转速，使实测冷幅趋近于设定值3℃；
S5、送风量的控制：采用总风量控制法调节中央空调系统的送风量，具体为：采用前馈控制对送风量进行调节，建立系统总风量与风机转速之间的函数关系，然后根据系统实时风量直接求得送风机的转速；
S6、新风量的控制：采用最小新风阀设定法对新风量进行控制，在变风量空调系统达到最大总送风量和最小总送风量时分别设定各自的最小新风阀位；当系统运行在最大送风量和最小
送风量之间时，新风阀开度能够根据送风量的变化而成比例地变化；在过渡季节，可以加大新风阀的开度，增大新风比，利用新风的冷量来达到节能运行的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊自适应的中央空调系统节能群控方法，其特征在于：还包括冷冻水最大供水温度的控制方法，具体为：采用试算法寻找某一冷冻水供水温度te，使得在该温度下表冷器的除湿量等于室内湿负荷，此时若表冷器出口空气的干球温度小于极限机器露点温度，则te即为最大冷冻水供水温度；若表冷器出口空气的干球温度大于极限机器露点温度，则极限露点温度所对应的冷冻水进水温度tw.即为最大冷冻水供水温度。
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