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【摘要】随着暖通空调日益普及，暖通空调系统的能量消耗一般占整个建筑耗电量的50%以上，但目前实际情况：绝大多数空调处在低效下运行，能源浪费严重。本文笔者分析了暖通空调优化控制技术。
【关键词】暖通空调；系统；优化控制
[Abstract] along with the increasing popularity of HVAC, HVAC system energy consumption accounts for more than 50% of energy consumption of the whole building, but the actual situation: the vast majority of air conditioning in the inefficient operation, serious waste of energy. In this paper, the author analyzes HVAC optimization control technology.
[keyword] HVAC system optimization control
中图分类号：TU831.3文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
随着社会的发展，空调应用越来越普及，一方面为人们创造了舒适的生活环境，另一方面针对现如今全球能源日趋减少的情况，暖通空调系统这一能源消耗大户越来越引起人们的关注，研究如何对暖通空调进行优化控制具有非常重要的经济和社会意义。
一、暖通空调系统
1、暖通空调供水系统
常用的冷冻水(水为载冷剂)系统的冷冻水管道均为循环式系统，根据用户的需求情况的不同，按水压特性划分，可分为闭式系统和开式系统两种；按冷、热水管道的设置方式划分，可分为双管制系统、三管制系统、四管制系统；按各末端设备的水流程划分，可分为同程式和异程式系统；按水量划分，可分为定水量和变水量系统。变流量系统中的原则是的供、回水温度保持不变，建筑物负荷变化时，通过改变供、回水的流量来适应，该水系统输送的水流量要与建筑物需求相适宜。根据房间负荷，通过调节调节阀的开度来改变冷冻水的流量，从而调节房间温度。
2、暖通空调空气处理单元
在暖通空调空气处理单元中，首先是新风与部分回风混合，形成混风，混风经过热交换器与冷冻水进行热交换形成送风，在冬天，混风吸收能量温度提高，在夏天，混风温度降低，送风在风机的作用下经过送风管道进入房间，与房间内的空气进行热量的传递，最终调节房间的温度到达所需要的设定点。房间内的气体在排风机的作用下被排出，形成回风。
混风和冷冻水的热交换是在空气处理单元的热交换器中进行的，热交换器是暖通空调系统空气处理单元中的重要部分，热交换器的工况处于部分负荷下时，并非与设计工况相同，而实际使用过程中，热交换器绝大多数时间是在非设计工况，因此，应了解热交换器的特点。
二、暖通空调广义预测控制
为了调解出舒适的房间温度，同时节省能量的消耗，本章研究了暖通空调控制器算法。目前的大部份的暖通空调控制系统调节房间温度都是按照给定的定温度值进行调解，当外部负荷和环境发生变化的情况下，如果采用采用定温度调节房间环境，必然会消耗大量的能量，且调节的房间环境易出现过冷或过热现象，不能满足人体舒适度的要求。所以本章在建立暖通空调控制器前，首先对房间的最佳温度进行设定，依此设定的房间最佳温度值作为控制房间温度的期望轨迹，使暖通空调控制系统节省能量的消耗。
1、房间最佳温度设定
房间最佳温度的设定中，首先考虑到了入体的热舒适感，它除了与室内空气温度有关外，还受室内空气湿度、空气流动速度等多种因数有关，所以为了所设计的暖通空调的控制系统能创造真正舒适的室内环境，同时减少不必要的能量消耗。
室内热舒适度影响因素：房间最佳温度设定的目的就是要使暖通空调的控制系统即节省能量又要满足人体的热舒适度要求，热舒适度是人们在众多因素作用下的主观反映，所以有必要对影响热舒适度的因数作简单的介绍。热舒适度涉及的范围广泛，影响因素众多，但研究表明，只有6个因素对热舒适起主要影响作用，即与环境有关的4个因素：空气温度、空气速度、相对湿度及平均辐射温度；与人有关的2个因素：人体代谢率(活动量)和服装热阻。
(1)空气温度
空气温度指室内空气的干球温度，它是影响热舒适的主要因素，它直接影响人体通过对流及辐射的热交换，在水蒸气分压力不变的情况下，空气温度升高使人体皮肤温度升高，排汗量增加，从而人的主观热感觉向着热的方向发展；空气温度下降，人体皮下微血管会收缩，皮肤温度降低。人体对气温的感觉很灵敏，通过机体的冷热感受可以对热环境的冷热程度做出判断。
(2)空气流速
气流速度会从两方面影响人体的舒适性感觉。首先，空气流速决定着人体的对流散热量，其次，它还会影响空气的蒸发力，从而影响蒸发散热。当空气温度低于皮肤温度时，流速增大，产生散热效果；当空气温度高于皮肤温度时，流速增加不仅会造成较高的对流换热，使人体被加热，而且能够提高蒸发散热效率。
(3)平均辐射温度
平均辐射温度是指室内环境墙壁、设备等的平均辐射温度，它主要取决于围护结构表面温度。平均辐射温度的改变，主要对人体辐射热造成影响。一般情况下，人体辐射散热量占总散热量的42 %～44%。当环境平均辐射温度提高后，人体辐射散热量下降，人体为了保持热平衡，必然要加大对流散热和蒸发散热的比例，人的生理反应和主观反应向热的方向发展。但在不同条件下，其变化程度有相当大的差别，当空气温度较高时，平均辐射温度变化对人体热舒适的影响将比较明显。
(4)相对湿度
当人体皮肤比较干燥时，蒸发散热率仅受汗液分泌率的限制而不受空气蒸发率的限制，此时，舒适性取决于环境温度、气流速度和平均辐射温度。但是在温度较高，人体皮肤潮湿的情况下，人体蒸发散热量将取决于空气相对湿度，而不取决于汗液分泌率，此时，空气的相对湿度就成为影响人体舒适性感觉的主要因素。
(5)人体代谢率(活动量)和服装热阻
人体活动量的不同会造成人体生理变化，服装的保温性能和透气性也会影响人体的辐射散热量。虽然这两方面的可能取值比较多，本文主要讨论办公室从事轻微活动的工作类型。由于北方地区的空调系统主要是用来制冷，所以人员着装也主要考虑夏季服装。
2、暖通空调控制系统设计
对房间温度进行了合理的设定，然后建立合理的暖通空调控制器，使暖通空调控制系统能快速准确的调解房间温度到达设定的房间最佳温度值，并有效的抑制房间内部和外部的干扰对房间内温度的影响，同时节省暖通空调系统能量的消耗。由于暖通空调具有时滞和大惯性，当前的控制信号要等到很长时间才能在系统的输出中反映，而广义预测控制可以利用现在时刻的控制变量使未来时刻系统的输出快速准确的跟踪期望的输出。同时暖通空调的工况环境不断变化且有干扰作用，用神经网络的强学习能力使暖通空调控制系统有效的抑制工况变化和干扰带来的对控制效果不利的影响。因此应该把广义预测控制和神经网络结合对暖通空调进行控制。基于RBF模糊神经网络暖通空调广义预测控制系统结构如图所示：
图：暖通空调广义预测控制系统结构
图中所示干扰1为冷热水干扰，主要有盘管中冷/热水流量、压力变化，这些干扰折合成冷/热水温度变化就会对系统造成一定的影响。干扰2为外界干扰，主要有日照、室外气温、外部空气侵入以及新风温度变化和风机转速变化，这些干扰可以看成空调的送风风量变化。干扰3为房间内部干扰，主要有人员的频繁进出、房间内部各种耗能发热设备的使用。
总之，由于能源十分紧张，同时暖通空调的能耗在国民经济总能耗中所占比重越来越大，所以开发暖通空调系统的优化控制技术，使暖通空调系统在不同负荷下、不同工况条件下，都能以最佳效率运行，并且达到最好的控制效果，是非常迫切的并且具有非常广阔的应用前景。
参考文献：
[1]曹秋声.新型中央空调节能控制系统研究.节能，2005.6
[2]鐘玮.我国建筑中央空调能耗现状及全面节能措施.重庆：重庆大学，2004.
[3]马丙场、倪国宗.参数自调整模糊控制器在中央空调控制系统中的应用.控制理论与应用.2003
【关键词】暖通空调；系统；优化控制
[Abstract] along with the increasing popularity of HVAC, HVAC system energy consumption accounts for more than 50% of energy consumption of the whole building, but the actual situation: the vast majority of air conditioning in the inefficient operation, serious waste of energy. In this paper, the author analyzes HVAC optimization control technology.
[keyword] HVAC system optimization control
中图分类号：TU831.3文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
随着社会的发展，空调应用越来越普及，一方面为人们创造了舒适的生活环境，另一方面针对现如今全球能源日趋减少的情况，暖通空调系统这一能源消耗大户越来越引起人们的关注，研究如何对暖通空调进行优化控制具有非常重要的经济和社会意义。
一、暖通空调系统
1、暖通空调供水系统
常用的冷冻水(水为载冷剂)系统的冷冻水管道均为循环式系统，根据用户的需求情况的不同，按水压特性划分，可分为闭式系统和开式系统两种；按冷、热水管道的设置方式划分，可分为双管制系统、三管制系统、四管制系统；按各末端设备的水流程划分，可分为同程式和异程式系统；按水量划分，可分为定水量和变水量系统。变流量系统中的原则是的供、回水温度保持不变，建筑物负荷变化时，通过改变供、回水的流量来适应，该水系统输送的水流量要与建筑物需求相适宜。根据房间负荷，通过调节调节阀的开度来改变冷冻水的流量，从而调节房间温度。
2、暖通空调空气处理单元
在暖通空调空气处理单元中，首先是新风与部分回风混合，形成混风，混风经过热交换器与冷冻水进行热交换形成送风，在冬天，混风吸收能量温度提高，在夏天，混风温度降低，送风在风机的作用下经过送风管道进入房间，与房间内的空气进行热量的传递，最终调节房间的温度到达所需要的设定点。房间内的气体在排风机的作用下被排出，形成回风。
混风和冷冻水的热交换是在空气处理单元的热交换器中进行的，热交换器是暖通空调系统空气处理单元中的重要部分，热交换器的工况处于部分负荷下时，并非与设计工况相同，而实际使用过程中，热交换器绝大多数时间是在非设计工况，因此，应了解热交换器的特点。
二、暖通空调广义预测控制
为了调解出舒适的房间温度，同时节省能量的消耗，本章研究了暖通空调控制器算法。目前的大部份的暖通空调控制系统调节房间温度都是按照给定的定温度值进行调解，当外部负荷和环境发生变化的情况下，如果采用采用定温度调节房间环境，必然会消耗大量的能量，且调节的房间环境易出现过冷或过热现象，不能满足人体舒适度的要求。所以本章在建立暖通空调控制器前，首先对房间的最佳温度进行设定，依此设定的房间最佳温度值作为控制房间温度的期望轨迹，使暖通空调控制系统节省能量的消耗。
1、房间最佳温度设定
房间最佳温度的设定中，首先考虑到了入体的热舒适感，它除了与室内空气温度有关外，还受室内空气湿度、空气流动速度等多种因数有关，所以为了所设计的暖通空调的控制系统能创造真正舒适的室内环境，同时减少不必要的能量消耗。
室内热舒适度影响因素：房间最佳温度设定的目的就是要使暖通空调的控制系统即节省能量又要满足人体的热舒适度要求，热舒适度是人们在众多因素作用下的主观反映，所以有必要对影响热舒适度的因数作简单的介绍。热舒适度涉及的范围广泛，影响因素众多，但研究表明，只有6个因素对热舒适起主要影响作用，即与环境有关的4个因素：空气温度、空气速度、相对湿度及平均辐射温度；与人有关的2个因素：人体代谢率(活动量)和服装热阻。
(1)空气温度
空气温度指室内空气的干球温度，它是影响热舒适的主要因素，它直接影响人体通过对流及辐射的热交换，在水蒸气分压力不变的情况下，空气温度升高使人体皮肤温度升高，排汗量增加，从而人的主观热感觉向着热的方向发展；空气温度下降，人体皮下微血管会收缩，皮肤温度降低。人体对气温的感觉很灵敏，通过机体的冷热感受可以对热环境的冷热程度做出判断。
(2)空气流速
气流速度会从两方面影响人体的舒适性感觉。首先，空气流速决定着人体的对流散热量，其次，它还会影响空气的蒸发力，从而影响蒸发散热。当空气温度低于皮肤温度时，流速增大，产生散热效果；当空气温度高于皮肤温度时，流速增加不仅会造成较高的对流换热，使人体被加热，而且能够提高蒸发散热效率。
(3)平均辐射温度
平均辐射温度是指室内环境墙壁、设备等的平均辐射温度，它主要取决于围护结构表面温度。平均辐射温度的改变，主要对人体辐射热造成影响。一般情况下，人体辐射散热量占总散热量的42 %～44%。当环境平均辐射温度提高后，人体辐射散热量下降，人体为了保持热平衡，必然要加大对流散热和蒸发散热的比例，人的生理反应和主观反应向热的方向发展。但在不同条件下，其变化程度有相当大的差别，当空气温度较高时，平均辐射温度变化对人体热舒适的影响将比较明显。
(4)相对湿度
当人体皮肤比较干燥时，蒸发散热率仅受汗液分泌率的限制而不受空气蒸发率的限制，此时，舒适性取决于环境温度、气流速度和平均辐射温度。但是在温度较高，人体皮肤潮湿的情况下，人体蒸发散热量将取决于空气相对湿度，而不取决于汗液分泌率，此时，空气的相对湿度就成为影响人体舒适性感觉的主要因素。
(5)人体代谢率(活动量)和服装热阻
人体活动量的不同会造成人体生理变化，服装的保温性能和透气性也会影响人体的辐射散热量。虽然这两方面的可能取值比较多，本文主要讨论办公室从事轻微活动的工作类型。由于北方地区的空调系统主要是用来制冷，所以人员着装也主要考虑夏季服装。
2、暖通空调控制系统设计
对房间温度进行了合理的设定，然后建立合理的暖通空调控制器，使暖通空调控制系统能快速准确的调解房间温度到达设定的房间最佳温度值，并有效的抑制房间内部和外部的干扰对房间内温度的影响，同时节省暖通空调系统能量的消耗。由于暖通空调具有时滞和大惯性，当前的控制信号要等到很长时间才能在系统的输出中反映，而广义预测控制可以利用现在时刻的控制变量使未来时刻系统的输出快速准确的跟踪期望的输出。同时暖通空调的工况环境不断变化且有干扰作用，用神经网络的强学习能力使暖通空调控制系统有效的抑制工况变化和干扰带来的对控制效果不利的影响。因此应该把广义预测控制和神经网络结合对暖通空调进行控制。基于RBF模糊神经网络暖通空调广义预测控制系统结构如图所示：
图：暖通空调广义预测控制系统结构
图中所示干扰1为冷热水干扰，主要有盘管中冷/热水流量、压力变化，这些干扰折合成冷/热水温度变化就会对系统造成一定的影响。干扰2为外界干扰，主要有日照、室外气温、外部空气侵入以及新风温度变化和风机转速变化，这些干扰可以看成空调的送风风量变化。干扰3为房间内部干扰，主要有人员的频繁进出、房间内部各种耗能发热设备的使用。
总之，由于能源十分紧张，同时暖通空调的能耗在国民经济总能耗中所占比重越来越大，所以开发暖通空调系统的优化控制技术，使暖通空调系统在不同负荷下、不同工况条件下，都能以最佳效率运行，并且达到最好的控制效果，是非常迫切的并且具有非常广阔的应用前景。
参考文献：
[1]曹秋声.新型中央空调节能控制系统研究.节能，2005.6
[2]鐘玮.我国建筑中央空调能耗现状及全面节能措施.重庆：重庆大学，2004.
[3]马丙场、倪国宗.参数自调整模糊控制器在中央空调控制系统中的应用.控制理论与应用.2003