影响暖通空调系统运行效率的关键及控制难点

于忠志

摘要：本文对制冷系统的整个系统特点和原理进行分析，对制冷系统的关键建模和优化技术的发展进行全方面总结，把建模方法对节流部件和制冷剂等优缺点进行分析，最后把制冷系统的建模和优化控制难点对影响暖通空调系统运行效率进行分析，通过有关技术的发展，把制冷系统的控制技术未来发展趋势进行分析。

关键词：暖通空调系统；运行效率；关键；控制难点；优化控制；制冷

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一、前言

当前我国在制冷设备上所用的电能已经达到了全国的6%到7%。而一些大城市的夏天空调用电数量也占到了全国的30%，而在制冷设备当中耗能最大的就是制冷机，是中央空调系统中在系统能耗中占到50%的数量。目前的制冷设备都是把最佳的效率点设置在额定容量输出的上面，而实际情况中，空调等制冷设备在工作状态上面都比额定容量低，热效率远远比额定负荷下的运行效率低很多，因此多数的能量都在浪费，所以我们必须通过制冷设备的能耗进行降低，来缓解目前我国在能源紧张方面的问题，这也可以为我国社会和经济持续发展中战略的重要内容。

空调器系统最重要的就是制冷机，也因为制冷剂是空调系统中消耗能量最大的，因此控制制冷系统的办法可以对整个空调系统运行效率造成很大的影响。所以目前制冷系统的优化控制和建模都是暖通空调系统方面的重点研究问题。从整个发展阶段看来，制冷系统在控制和建模方面都是从单体建模到整体建模，单输出和输入控制到输入多输出控制的有机过渡。以下我们就对制冷系统的控制和建模进行分析。

二、蒸汽压缩空调在是冷系统数学模型的发展情况

（1）单体部件的建模

蒸汽压缩系统主要可以分为四个环节：蒸发器、冷凝器、膨胀阀和压缩机。给制冷剂提供流动的动力的就是压缩机，它也是让制冷循环制冷的关键部位。它模型的计算会影响到制冷剂流量，而且目前的压缩机也有很多种，比如离心式压缩机、回旋式压缩机、螺杆式压缩机和活塞式压缩机等。为了让压缩机出口制冷剂的转速和质量流量之间的关系得到明确，因此监理压缩机模型。但是首先要对系统进行优化，就要让模型进行简化。

节能部件则应该是在制冷系统中的压力调节机构，把冷循环中的低压区和高压区进行分别，它对系统的冷凝压力和蒸发压力有着很大的作用。节流部件在制冷系统中比较常见的就是毛细管、电子膨胀阀和热力膨胀阀等。汽车空调里面最经常用到的就是热力膨胀阀。而变频空调里最经常用到的是电子膨胀阀，因为它的自动化程度比较高。

在系统中的大部分贮存了大量的制冷剂主要是冷凝器和蒸发器，它主要形成了热传递的主要部位，而冷凝器和蒸发器在模型的准确上面也会对系统模型的准确性有着严重的影响。

（2）单体部件在建模时候的发展。

在我国有非常多的学者在建模和控制上面做出了非常大的贡献。比如有张华俊通过步进计算法对换热器的稳态分布模型进行建立，并且思考毛细管内亚稳态液体是否存在，还有管排和翅片形状等因素与换热之间的影响。最终通过实验表明结果是合理的。石文星和陈华俊是把变频压缩机根据他们实际工作的情况离散成非常多的变速压缩机的运行的工作情况，通过图形法把压缩机的性能曲线进行拟合。最终可以发现对比厂家提供的曲线，拟合之后的精度还要高一点，在通过把成熟的修正热度的方法进行监理变频空调器压缩机的模型。

（3）系统整体建模

在系统单体的模型进行建立之后，我们可以把每个部分的模型进行合成一个完整的系统。而系统的算法就有两个大致的办法：物理顺序构建法和一般的解线性方程组的办法。

一般的解线性方程组的算法不需要使用的人拥有非常好的编程能力和算法设计的水平。但是它没有办法保证技术非常稳定，而且在计算的时候物理意义也不是非常明确。而且不容易得到明确的计算过程。

而物理顺序构建法是模块的构成和他们之间的物理关系，通过一定的顺序进行构建系统的计算方法。这种方法的算法非常简单，可以让研究者在计算的时候通过信息控制计算过程，从而可以把程序出错的原因进行分析，而有效的以防出错，让编程的效率得到提高。他/她的编程和构建过程都是研究者自己进行解决，所以需要研究者对对象有着非常深入的了解，并且具备较高的编程能力和算法设计水平，虽然有一定的难度，但是研究的效率会有所提高。

三、制冷系统的控制和建模领域之后的发展

超过了20多年的蒸汽压缩系统模型研究，都是为了能够研究出更细致更好的动态模型，也是为了让能更好的设计出控制器，因此才会进行建模。

目前的中央空调系统主要目标是提高自动化水平，通过发展智能控制理论，让高级控制策略成为关键。每个环节都得到最好的控制可以从被控制对象的任何初始条件、多种工作情况和变负荷情况下进行逐步控制。但是目前系统中的电子膨胀阀没有完善的稳定性专题研究，主要是通过热力膨胀阀之前的经验进行。

与传统的顺序进行对比，已经开始普及逻辑控制开关量构成的嵌入式微处理器和基础控制单元器，特别是32位嵌入式系统为基础的单元控制器，它成功的实现了高级控制策略。

现在的中央空调控制系统有着不一样的控制协议，也有很多不同的技术标准和开发环境。但是企业信息化在不断提高，这也让中央空调的每个控制系统集成，并且设备的运行信息和系统的能量管理都要录入企业管理信息系统里面，让信息交换和数据共享，让暖通空调在制冷系统中的另外一个发展趋势。

暖通空调制冷系统中在节能的运行方面，需要把适合的控制算法和精确的模型进行建立，让嵌入式系统在使用的时候可以得到可靠的硬件进行保障。而目前我国能源紧张的情况也会通过此方面的研究得到一定的缓解。

四、结束语

本文对制冷系统的整个系统特点和原理进行分析，对制冷系统的关键建模和优化技术的发展进行全方面总结，把建模方法对节流部件和制冷剂等优缺点进行分析，最后把制冷系统的建模和优化控制难点对影响暖通空调系统运行效率进行分析，通过有关技术的发展，把制冷系統的控制技术未来发展趋势进行分析。

参考文献：

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[2]陈文勇，陈芝久，朱瑞琪.电子膨胀阀调节蒸发器热度的控制算法[J].上海交通大学学报.2001(08).

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