中央空調(diào)系統(tǒng)的控制方式比較與說明

1、中央空調(diào)系統(tǒng)的控制方式（ 1） 傳統(tǒng)的定流量控制方式傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式， 即空調(diào)冷凍水流 量、冷卻水流量和冷卻塔風(fēng)機風(fēng)量都是恒定的。 這種控制方式的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單， 不需要復(fù)雜的自控設(shè)備，但存在以下問題： 無論末端負(fù)荷大小如何變化，空調(diào)系統(tǒng)均在設(shè)計的額定狀態(tài)下運行， 不 能跟隨實際負(fù)荷的變化對冷媒流量進(jìn)行科學(xué)的調(diào)節(jié)，能源浪費很大。 由于負(fù)荷的頻繁波動，必然造成系統(tǒng)循環(huán)溶液（冷溫水、冷卻水、制冷 劑溶液）的運行參量偏離空調(diào)主機的最佳工作狀態(tài)， 導(dǎo)致主機熱轉(zhuǎn)換效 率降低，系統(tǒng)長期在低效率狀態(tài)下運行，也會增加系統(tǒng)的能源消耗。 在工頻狀態(tài)下啟停大功率水泵，沖擊電流大，不

2、利于電網(wǎng)的安全運行， 且水泵、風(fēng)機等機電設(shè)備長期在工頻額定狀態(tài)下高速運轉(zhuǎn)， 機械磨損嚴(yán) 重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。目前，很多中央空調(diào)系統(tǒng)操作和維護(hù)人員常采用人工控制的方法來進(jìn)行節(jié) 能。如：空調(diào)負(fù)荷減少時，減少投入運行的主機數(shù)量和水泵臺數(shù)，或者使主機間 斷工作，這可以收到一定節(jié)能效果， 但這種主觀判斷的分級調(diào)節(jié)非常粗糙， 實時 性差，且受設(shè)備配置的限制和人的因素影響較大。（2）樓宇自動化（BAS控制方式近年來，隨著樓宇自動化系統(tǒng)（BAS的應(yīng)用與發(fā)展，在中央空調(diào)領(lǐng)域，人們 開始采用BAS對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行控制。一種是通過對水泵、風(fēng)機等工藝設(shè)備進(jìn) 行遠(yuǎn)程啟、停控制，實現(xiàn)其“精細(xì)化使用”節(jié)能

3、；另一種是通過對空調(diào)系統(tǒng)管網(wǎng) 壓力或溫度的采集，以壓差或溫差作為控制參量，采用 PID （或PI）算法控制變 頻器調(diào)節(jié)水泵的運轉(zhuǎn)頻率， 使水泵流量跟隨負(fù)荷變化， 從而達(dá)到水泵節(jié)能的目的。BAS可以實現(xiàn)樓宇機電設(shè)備的集中監(jiān)視及分散控制，具有良好的可靠性、開 放性。但其節(jié)能性較差，主要原因在兩個方面：其一，由于BAS的通用性特點，它并非針對中央空調(diào)控制而專門設(shè)計， 控制 功能比較簡單，難以實現(xiàn)中央空調(diào)控制的復(fù)雜運算、推理、數(shù)據(jù)處理等功能。因 此，在實現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能控制方面遠(yuǎn)不如近年來迅速發(fā)展起來的一些高水平的專 業(yè)的中央空調(diào)節(jié)能控制技術(shù)和產(chǎn)品。 事實證明，對于BAS來說，無論是單獨應(yīng)用“ BAS，

4、還是“ BAS+變頻器”的控制系統(tǒng)，在國內(nèi)都還沒有真正實現(xiàn)綜合節(jié)能 率 20以上的成功案例。其二，BAS均通過現(xiàn)場直接控制器 DDC或單元控制器UC以PID （或PI）調(diào) 節(jié)變頻器的頻率實現(xiàn)水泵節(jié)能。PID （或PI）歷史悠久，原理簡單，使用方便， 投資較低， 在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了極好的應(yīng)用， 具有一定的節(jié)能效果。 但這種以 壓差或溫差作為控制參量的 PID 調(diào)節(jié)，在中央空調(diào)控制中存在較大的局限性， 主 要在于： PI或PID調(diào)節(jié)器最重要的工程參數(shù) Kp（比例系數(shù)）、Ti （積分時間常數(shù)）和Td （微分時間常數(shù)）一旦整定之后，如果人不去調(diào)節(jié)，它是固定不 變的，不可能跟隨受控參量的變化而自動調(diào)整

5、。也就是說，工程參數(shù) 整定之后，就用同一種參數(shù)去對付各種不同的運行工況。實際上，中 央空調(diào)系統(tǒng)是一個時變性的動態(tài)系統(tǒng)，其運行工況受季節(jié)變化、氣候 條件、環(huán)境溫度、人流量等諸多種因素的綜合影響，是隨時變化的， 且始終處于波動之中。因此，靜態(tài)參數(shù)的 PID 控制方法不可能達(dá)到最 佳的控制效果。 中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多變量的、復(fù)雜的、時變的系統(tǒng)，其過程要素之 間存在著嚴(yán)重的非線性、大滯后及強耦合關(guān)系。對這樣的系統(tǒng)，無論 用經(jīng)典的 PID 控制，還是現(xiàn)代控制理論的各種算法，都很難實現(xiàn)較好 的控制效果。且實踐證明，恒壓差或恒溫差的單參量控制，很容易引 起水系統(tǒng)參量振蕩，長時間都不能到達(dá)設(shè)定值的穩(wěn)定狀態(tài)，既

6、影響了 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又降低了空調(diào)效果的舒適性。樓宇自動化（BAS等技術(shù)方案BKS中央空調(diào)管理專家系統(tǒng)方案節(jié)能率由于BAS的通用性特點，它并非針對 中央空調(diào)控制而專門設(shè)計，功能比較 簡單，難以實現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能控制復(fù) 雜的運算、推理、數(shù)據(jù)處理等功能， 由于缺乏先進(jìn)的控制模型，不能實現(xiàn) 主機節(jié)能，節(jié)能率較低。無論是單獨 應(yīng)用“ BAS，還是“ BAS +變頻器” 的控制系統(tǒng)，在國內(nèi)都還沒有真正實 現(xiàn)綜合節(jié)能率20%以上的成功案例。BKS產(chǎn)品針對中央空調(diào)系統(tǒng)的時滯、時變 和非線性特征，專門研制開發(fā)的一套專家 系統(tǒng)，具有專業(yè)性特征。它以人（專家）的豐富實踐經(jīng)驗和思維過 程構(gòu)建的模糊規(guī)則為依據(jù)進(jìn)行推理與

7、判 斷，模擬人類技術(shù)專家做決策的過程來解 決問題。具有模糊推理、數(shù)據(jù)處理等智能 功能，可實現(xiàn)主機節(jié)能，節(jié)能率咼。經(jīng)過 近二百個項目驗證，綜合節(jié)能達(dá)20%40 %，被列入世行/GEF中國節(jié)能促進(jìn)項 目?？?制 技 術(shù)BAS以壓差或溫差作為控制參量， 采用PID （或PI）算法控制變頻器調(diào)節(jié)水泵 的運轉(zhuǎn)頻率。PI或PID調(diào)節(jié)器最重要的工程參數(shù) Kp（比例系數(shù)）、T （積分時間常數(shù)）和Td （微分時間常數(shù)）一旦整定之后， 如果人不去調(diào)節(jié)，它是固定不變的， 不可能跟隨受控參量的變化而自動調(diào) 整。也就是說，工程參數(shù)整定之后， 就用同一種參數(shù)去對付各種不同的運 行工況。BKS產(chǎn)品采用人工智能模糊控制技術(shù)，

8、獨 創(chuàng)了一套先進(jìn)的模糊預(yù)測算法模型和優(yōu)化 算法模型，通過全面的參數(shù)采集和被控過 程的信息歸納與經(jīng)驗總結(jié)，禾U用知識庫， 把歷史經(jīng)驗與過程狀態(tài)結(jié)合起來，通過推 理，構(gòu)成一套自尋優(yōu)和自適應(yīng)的模糊控制 策略，可依據(jù)環(huán)境與負(fù)荷的變化，自動擇 優(yōu)選擇系統(tǒng)的優(yōu)化運行參數(shù)，實現(xiàn)運行參 數(shù)的動態(tài)調(diào)節(jié)，保障空調(diào)系統(tǒng)在任何負(fù)荷 條件下，都能咼效率地運行。適應(yīng)性BAS是工程性應(yīng)用產(chǎn)品，不是完整的成 套性設(shè)備，需要在工程現(xiàn)場進(jìn)行二次 軟件開發(fā)或組態(tài)編程（即應(yīng)用軟件客 戶化開發(fā)），工程周期長，現(xiàn)場開發(fā)的 軟件受調(diào)試工程師人為因素影響大， 難以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，不利于今后系統(tǒng)的 維護(hù)管理。BKS產(chǎn)品是基于組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫和專家

9、 系統(tǒng)技術(shù)的一種先進(jìn)的自動化控制裝置， 系統(tǒng)具有強大的組態(tài)功能，適應(yīng)性強，無 論用戶中央空調(diào)系統(tǒng)需要擴(kuò)展或是變更， 都無需進(jìn)行現(xiàn)場二次軟件編制，避免了軟 件二次開發(fā)的技術(shù)風(fēng)險，且軟件實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn) 化，調(diào)試和維護(hù)十分簡單3）智能模糊控制方式對于中央空調(diào)這種復(fù)雜系統(tǒng)， 一般難以用精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述， 或者所 得模型不是過于復(fù)雜就是較為粗糙， 以精確性為主要特點的經(jīng)典數(shù)學(xué)， 對于這類 控制問題往往難以湊效。如果把人（操作人員、管理人員或?qū)＜遥┑牟僮鹘?jīng)驗、知識和技巧歸納成一 系列的規(guī)則，存放在計算機中， 利用模糊集合理論將它定量化， 使控制器模仿人 的操作策略，就可以實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的人工智能模糊控制

10、。我國幾十年節(jié)能工作的經(jīng)驗證明，節(jié)能的根本出路在于技術(shù)進(jìn)步。 貴州匯通華城樓宇科技有限公司針對中央空調(diào)系統(tǒng)傳統(tǒng)控制方式所存在的 一系列問題， 以多年豐富的實踐經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 將當(dāng)今先進(jìn)的計算機技 術(shù)、模糊控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)集合應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)控制， 在九十年代就研制開發(fā)出了中央空調(diào)的高效節(jié)能產(chǎn)品BKS 系列變流量節(jié)能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了中央空調(diào)的高效節(jié)能運行。BKS產(chǎn)品針對中央空調(diào)系統(tǒng)的時滯、時變和非線性特征，獨創(chuàng)了一套先進(jìn)的 模糊預(yù)測算法模型和優(yōu)化算法模型， 并通過全面的參數(shù)采集和被控過程的信息歸 納與經(jīng)驗總結(jié)，利用知識庫，把歷史經(jīng)驗與過程狀態(tài)結(jié)合起來，通過推理，構(gòu)成

11、 一套自尋優(yōu)和自適應(yīng)的模糊控制策略， 可依據(jù)環(huán)境與負(fù)荷的變化， 自動擇優(yōu)選擇 系統(tǒng)的優(yōu)化運行參數(shù)，確?？照{(diào)系統(tǒng)（空調(diào)主機、冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)）始 終都運行在最佳工況，可保障空調(diào)系統(tǒng)在任何負(fù)荷條件下，都能高效率（COP）地運行，從而最大限度地降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，可降低空調(diào)主機能耗10%- 30%降低水泵能耗60%- 80%經(jīng)過 BKS777 BKS800 BKS2002 BKS2003 BKS2008等多代產(chǎn)品的應(yīng)用與發(fā) 展, BKS產(chǎn)品已開創(chuàng)了中央空調(diào)控制技術(shù)發(fā)展的一個重要方向一一人工智能模糊 控制，為推動中央空調(diào)節(jié)能事業(yè)的技術(shù)進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)， 得到國內(nèi)外暖通空 調(diào)專家們的充分肯定和高度

12、評價。在中央空調(diào)系統(tǒng)控制上，智能模糊控制與樓宇自動化采用的 PID控制技術(shù)相 比，具有明顯的優(yōu)點：其一，它是以人（專家）的豐富實踐經(jīng)驗和思維過程構(gòu)建的模糊規(guī)則為依據(jù)進(jìn)行推理與判斷，模擬人類技術(shù)專家做決策的過程來解決那些需要專家決定的復(fù) 雜問題。它無需對被控對象建立精確的數(shù)學(xué)模型，只需作模糊描述即可實現(xiàn)控制。 這樣的控制更符合中央空調(diào)的復(fù)雜性、 動態(tài)性和模糊性，使控制簡便，又能達(dá)到 所要求的控制精度。其二，模糊控制是通過引入模糊邏輯語言變量及它們之間構(gòu)成的模糊關(guān)系進(jìn)行模糊推理，從而使計算機控制進(jìn)入那些基于精確模型無法控制的禁區(qū)，以便獲得基于精確模型控制所無法達(dá)到的精確控制效果。因而模糊控制比PI

13、D控制能獲 得更大的節(jié)能效果。其三，鑒于模糊控制先進(jìn)的控制功能，用它控制的變頻調(diào)速可以實現(xiàn)中央空 調(diào)水系統(tǒng)真正意義上的變溫差、變壓差、變流量運行，使控制系統(tǒng)具有高度的跟 隨性和應(yīng)變能力，可根據(jù)對被控動態(tài)過程特征的識別，自適應(yīng)地調(diào)整運行參數(shù)， 以獲得最佳的控制效果。顯然，模糊控制具有多變性的特點，但正是由于這種多 因素的多變性，才構(gòu)造了體現(xiàn)智能控制行為的輸入輸出間的復(fù)雜非線性關(guān)系，也正是憑借著這種復(fù)雜非線性，才使得模糊控制卓有成效地控制和克服了被控中央 空調(diào)的非線性、時變性及不確定性等復(fù)雜性，從而達(dá)到很高的控制性能，實現(xiàn)中 央空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)化運行一一安全、舒適、節(jié)能。BKS系列中央空調(diào)智能模糊控

14、制與 PID恒壓差或恒溫差控制系統(tǒng)的比較?？刂颇Ｊ?比較內(nèi)容、恒壓差控制恒溫差控制智能模糊控制米用技術(shù)PID +變頻調(diào)速控制PID +變頻調(diào)速控制計算機智能控制+變頻調(diào)速控制控制參量單參量（壓差）單參量（溫差）多參量（溫度、流量、壓力、負(fù)何）算法PID運算PID運算自適應(yīng)模糊運算結(jié)構(gòu)簡單簡單復(fù)雜保護(hù)壓力下限溫度下限溫度下限、壓力下限、流量下限節(jié)能水系統(tǒng)30%水系統(tǒng)30% 50%水系統(tǒng)60%- 80% 主機10%- 40%造價較咼較咼高BKS系統(tǒng)與樓宇自控系統(tǒng)（BA、機組群控的綜合性能比較:普通水泵變頻設(shè)備機組群控（主機廠家 配套）樓宇自控系統(tǒng)（BABKS中央空調(diào)能源管理系統(tǒng)受控范圍（冷熱源 部分）循環(huán)水泵（冷 凍泵、冷卻泵）冷水機組、循環(huán)水泵冷水機組、熱水機 組、循環(huán)水泵、冷卻 塔冷水機組、熱水機組、循環(huán)水 泵、冷卻塔采用技術(shù)簡單變頻調(diào)速控制冷水機組臺數(shù)控制 +水 泵開關(guān)/簡單變頻控制冷水機組臺數(shù)控制 + 水泵開關(guān)/簡單變頻 控制現(xiàn)代計算機技術(shù)+變頻調(diào)速 技術(shù)+模糊控制技術(shù)+系統(tǒng) 集成技術(shù)控制參數(shù)壓差/溫差溫度、壓差、負(fù)荷負(fù)荷、壓差溫度、流量、壓力、負(fù)何和氣 象參數(shù)控制算法PID運算模糊控制采樣方式硬接點網(wǎng)關(guān)連接器/硬接點硬接點網(wǎng)關(guān)通訊/硬接點控