摘要：由于受氣象條件等因素變化的影響，在實(shí)際運行過(guò)程中，空調系統的負荷大多小于其設計負荷。為達到節能和優(yōu)化系統控制的目的，對三個(gè)實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略進(jìn)行能耗評估與分析：實(shí)時(shí)控制優(yōu)化冷媒水供水溫度；實(shí)時(shí)控制優(yōu)化二級泵供水壓力；以及供水壓力和供水溫度串級優(yōu)化控制。同常規的控制策略相比，這三個(gè)優(yōu)化控制策略都能具有一定的節能效果，而且能夠改善系統局部的控制特性，但它們都未使系統達到最佳的運行工況。要使系統最大程度地節能，應對影響系統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 優(yōu)化 控制策略

　　引言

　　在空調系統的實(shí)際運行過(guò)程中，由于受氣象條件等因素變化的影響，在多數的運行時(shí)間里空調負荷遠小于其設計負荷[1] .特別是對于采用變水量（Variable Water Volume，VWV）的樓宇空調系統，由于其控制變量更多以及控制系統更為復雜的特點(diǎn)，依賴(lài)經(jīng)驗的控制方式在很大程度上已經(jīng)無(wú)法完成控制管理的任務(wù)，也不能很好地體現VWV系統的節能優(yōu)勢。

　　因此，根據空調負荷的變化情況，針對變流量系統監測點(diǎn)和可調參數較多的特點(diǎn)，在部分負荷時(shí)段調整制冷系統的某些運行參數，在滿(mǎn)足系統負荷要求和保證系統穩定性的前提下，盡可能地減少系統的能耗并提高系統的控制特性。本文選取冷水機組的供水溫度和二級泵的供水壓差作為監測點(diǎn)，在負荷發(fā)生變化時(shí)，實(shí)時(shí)調節控制這兩個(gè)參數，在保證負荷要求的情況下，與固定策略相比，三種優(yōu)化策略都能夠達到節能的目的，同時(shí)系統的控制特性比較穩定。但它們都未使系統達到最佳的運行工況，要使系統最大程度地節能，應對影響系統能耗的控制變量同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

　　1、研究對象

　　系統的二級供水采用變頻泵通過(guò)恒壓控制調節水量以滿(mǎn)足AHU的要求；初級和二級冷媒水供水回路之間的旁通閥通過(guò)恒壓控制調節旁通水量以保持通過(guò)每臺冷水機組蒸發(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(guò)低的冷卻水溫度；各冷水機組都有一個(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系統中，二級泵大多采用變頻調速泵或多臺定速泵配以一臺變頻調速泵，因此都可以進(jìn)行連續地調節。它由恒壓控制器通過(guò)改變變速泵的轉速和定速泵的啟停以調節二級回路的流量，其控制參數是二級供回水主管的壓差或各AHU中進(jìn)出口壓差的最小值。根據各AHU負荷的變化實(shí)時(shí)優(yōu)化該控制參數有節約二級泵能耗和提高系統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相對負荷的變化，保持各水閥中最大的閥位處于接近100%的開(kāi)度，可以在保證系統控制特性的前提下最大地減少二級回路的阻力。

　　3.2 供水溫度優(yōu)化控制

　　當出水溫度設定得較低時(shí)，主機的蒸發(fā)溫度較低，因此COP較低，相同負荷時(shí)主機的能耗較大；反之設定得較高，主機的COP較高，相同負荷時(shí)的能耗較小。單從主機的能耗角度而言，應盡可能地提高出水溫度的設定[5] .但是，過(guò)高的設定會(huì )使若干個(gè)甚至所有的AHU水閥開(kāi)到最大也無(wú)法滿(mǎn)足負荷的要求，同時(shí)也增加了二級泵的能耗[6] .因此最佳的出水溫度設定應是保持各水閥中最大的閥位處于接近100%開(kāi)度時(shí)的設定[4] .

　　3.3 供水壓力與供水溫度串級優(yōu)化控制

　　將供水壓力和冷水機組供水溫度進(jìn)行串級優(yōu)化控制，即利用各用戶(hù)水閥的閥位信息[5] ，根據其中的最大閥位及系統運行狀況，通過(guò)控制優(yōu)先級別的分定，確定兩個(gè)優(yōu)化設定值�？刂撇呗詫⒍�級泵供水壓力優(yōu)化作為優(yōu)先級控制，供水溫度優(yōu)化作為第二級控制。由于溫度的調節系統反應較慢，故將供水溫度的優(yōu)化控制調節作為二級控制調節，在二機泵供水壓力的調節已接近極限時(shí)，啟動(dòng)供水溫度的優(yōu)化控制調節。

　　4、仿真結果及分析

　　本文中的兩個(gè)優(yōu)化控制參數的調整主要影響冷水機組和冷媒水二級泵的能耗情況。三種優(yōu)化控制策略的運行結果表明，監測參數的調整是在滿(mǎn)足負荷要求及保證控制穩定性的基礎上進(jìn)行的。

　　4.1 供水壓力優(yōu)化控制策略結果

　　此優(yōu)化控制策略的能耗結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定在7℃，供水壓力隨負荷的變化在50至250kPa范圍內實(shí)時(shí)進(jìn)行調整。

　�。╝）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，故在相同的負荷條件下冷媒水的流量理論上應該是不變的，根據AHU最大閥位的變化情況實(shí)時(shí)調節其供回水壓差從而調整二級泵的壓頭，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，故二級泵的壓頭降低，從而使得二級泵的能耗減少。

　　4.2 供水溫度優(yōu)化控制策略結果

　　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定在250kPa，供水溫度隨負荷的變化在7℃至10℃范圍內實(shí)時(shí)進(jìn)行調整。

　�。╝）供水溫度變化情況

　�。╞） 最大閥位變化情況

　　二級泵的供水壓力不變，根據負荷的變化引起的AHU的閥位變化實(shí)時(shí)調整供水溫度。理論上講，在其他條件不變的情況下可以提高冷水機組的COP值，從而減少冷水機組的能耗。從供水溫度優(yōu)化策略的能耗情況來(lái)看，單純的調整供水溫度并不能夠很好的使冷水機組節能。因此要想取得更好的節能效果，應該對影響系統能耗的參數同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化控制。

　　4.3 供水溫度和供水壓力串級優(yōu)化控制策略結果

　　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范圍內實(shí)時(shí)調整，供水溫度在7℃至10℃范圍內隨負荷的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行調整。

　�。╝）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能效果，但是控制程序中系數的不同設定可以得到不同的節能效果，可見(jiàn)這種依據一定經(jīng)驗的調整并非最優(yōu)的控制方案。

　　5、結論

　　從以上的優(yōu)化控制策略運行結果可以看出，三種優(yōu)化控制策略相對于固定策略都能夠節能。雖然三種優(yōu)化控制策略相對于固定策略都能夠節能，卻不是系統優(yōu)化控制節能的最好方案。從系統總體來(lái)講，對某一參數的調整可能會(huì )影響系統其他參數向不節能方向變化。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組的COP值，不同程度的調整供水溫度其節能情況也不同，甚至供水溫度的調整使系統不節能，原因是影響COP值的其他因素導致COP值沒(méi)有提高；在供水溫度和供水壓力的串級優(yōu)化策略中，控制程序中不同的系數設定其能耗情況也是不同的。由此可見(jiàn)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，有必要根據影響系統能耗的參數的變化對系統能耗的影響，確立一個(gè)目標函數，并寫(xiě)出相應的約束條件，利用合理的尋優(yōu)方法，通過(guò)總體上的尋優(yōu)，得出節能控制的最佳策略。

　　參考文獻

　　[1] 陸瓊文，劉傳聚，曹靜。暖通空調，2003，33（2）： 123~125.

　　[2] Klein S A. TRNSYS： A Transient system simulation program——Version 13.1[M] ， USA： University of Wisconsin-Madison，1990.

　　[3] 晉欣橋，惠廣海，肖曉坤。 暖通空調，2003，33（6）。

　　[4] 晉欣橋， 李曉鋒， 任海剛。上海交通大學(xué)學(xué)報，2003，37（7）： 1128~1132

　　[5] 晉欣橋。上海：上海交通大學(xué)動(dòng)力與能源工程學(xué)院博士論文， 1999.