智能模糊控制技术在中央空调节能技术中的应用

2016-2017学年第2学期《建筑节能技术》课程论文

2016-2017学年第2学期

《建筑设备自动化》课程论文

学 院： 力学与土木工程 专 业： 交通与土建 班 级： 14-1班 姓 名： 林晓雯

学 号： 02140475

二〇一七年六月二十日成 绩

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页眉和页码，五号宋体。

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智能模糊控制技术在中央空调节能控制中的应用

力学与土木工程学院交建14-1 班姓名林晓雯学号 02140475 序号）

摘要：电能作为重要的能源，很大程度上的支撑着我国工业的发展以及人

民的日常生活。然而随着生活水平的提高，中央空调在商业和民用建筑中的

应用越来越广泛，中央空调成为现代建筑中不可或缺的能耗运行系统，在为

公众提供舒适环境的同时也花费了大量的能源，与可持续发展道路相悖。因

此，为减少不必要的能源消耗、提高设备运行效率和能源利用效率，对中央

空调系统加以优化控制，具有重要的社会和经济效益。本文介绍了一种智能

模糊控制技术在中央空调节能控制中的技术优势，旨在促进先进的节能技术

在我国中央空调领域的普及与应用。

关键词：中央空调；智能模糊控制技术；节能控制

随着社会和经济的发展，人们的生活水平不断提高，从而导致了其对生活质

量的要求也越来越高，随之而来的是能源消耗的大幅度增加。据相关数据显

示，在众多能耗消耗中，我国的建筑能耗占全国总能耗的33%左右。在建筑

能源消耗中，采暖、空调和通风约占其中的50%～70%，而中央空调系统的总

能耗竟占其中的50%以上。因此，空调系统的节能对于降低整幢建筑的能耗

是非常关键的。而传统的中央空调控制系统反映速度较慢、滞后现象较为严

重，节能效果不理想。随着人工智能的出现和发展，智能化控制系统便应运

而生，本文主要对智能化控制系统中的模糊控制系统在中央空调节能控制中

的应用进行分析。

1 中央空调系统工作原理

1.1 空调制冷原理

中央空调制冷时，空调系统内置一种吸热介质--制冷剂（冷媒），制冷剂通

过膨胀阀节流后经室内机（蒸发器）内部蒸发气化，室内机风扇将冷风吹向

室内，吸收室内空气中的热能，制冷剂通过管道回到压缩机吸气端，通过压

缩机的压缩，提高了冷媒的温度，在通过室外机（冷凝器）使制冷剂从汽化

状态转换为液化状态，在转换过程中，释放出大量的热量，通过室外机风扇

将热量排出，通过周而复始的循环，达到制冷的目的。

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1.2 空调制热原理

中央空调制热时，系统通过电动四通阀的转换，将经过压缩机压缩的高温高压液体直接进入室内机冷凝器（室内机由制冷转为制热，功能由蒸发器转为冷 凝器）、释放出大量的热量由风扇排放到室内，吸收室内的冷空气；系统制冷剂经膨胀阀节流后通过室外机蒸发器由液体转换为气体，将在室内机

吸收的冷空气经室 外机蒸发器和风扇将冷空气排到室外，制冷剂通过管道回到压缩机吸气端。通过周而复始的循环，达到制热的目的。

图1 中央空调系统工作原理示意图

2 中央空调系统的复杂性

大多数间接式制冷的中央空调系统的运行效率，都涉及到载冷剂（冷冻水）、制冷剂、冷却剂（冷却水）3种冷媒的循环运行，涉及到空调末端装置、制冷机组蒸发器、制冷机组冷凝器以及冷却塔装置等4个热交换环节，涉及到系统的负荷及实际工况，运行情况复杂，制约因素很多，使中央空调系统具有显著的复杂性。

此外，中央空调系统的复杂性还表现在它的时滞性、时变性、非线性和大惰性；表现在系统结构的多样性，负荷和环境因素的不确定性；表现在它的多参数量以及参量间的强耦合等等。

这种复杂性导致中央空调系统难以用精确的数学模型或方法来描述，使基于精确模型的传统控制方法难以解决这种复杂问题的控制，给中央空调系统的节能带来很大的难度。

3 智能模糊控制及其发展优势

3.1 智能模糊控制工作原理

对于中央空调这种复杂系统，由于受传递函数模型获取的限制，以精确性

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为主要特点的经典控制方式，对这类控制问题往往难以奏效。

如果把人的操作经验、管理知识和控制技巧归纳成一系列的规则，存放在计算机中，利用模糊集合理论将它定量化，使控制器模仿人的操作策略，就可以实现中央空调系统的智能模糊控制。

模糊控制技术是一种由模糊数学、计算机科学、人工智能、知识工程等多门学科领域相互渗透、理论性很强的技术，它是智能控制技术的重要分支。模糊控制系统是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑的规则推理为基础，采用计算机控制技术构成一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统。

模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的控制要求，利用模糊规则推理对系统进行类似人脑的知识处理，实现对复杂系统的优化在控制。在控制过程中，以语言描述人类知识，并把它表示成模糊规则或关系，通过推理、利用知识库，把某些知识与过程状态结合起来，以实现系统各受拉参量的优化控制。

3.2 智能模糊控制在中央空调系统中的实现

3.2.1 冷水机组模糊控制

由于制冷空调系统的制冷量是通过调节冷水机组制冷剂的循环量来实现的。而制冷剂的循环量通常采用电子膨胀阀来控制调节，目的是保证制冷量与热负荷相匹配，使蒸发器出口制冷剂的过热度稳定在一定范围内。但电子膨胀阀感温系统的热惯性大，滞后现象严重，导致控制系统性能不佳，甚至会出现控制不稳定、失控等现象。而且制冷系统具有滞后大、非线性的特点，存在很多不确定的外界因素，很难建立精确的数学模型。目前，控制领域还大量采用PID 控制方式：

PID 参数的选择及调整不便仍是普通存在的难题。因为模糊控制引入了人类的逻辑思维方式，使得模糊控制器具有一定的自适应控制能力，有很强的鲁棒性和稳定性，因而特别适用于没有精确数学模型的实际系统。冷水机组模糊控制器原理图见图2.

图2 冷水机组模糊控制器原理图