SchoolofEnergy&PowerEngineering集中式空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)

ControlsystemofCentralizedAirConditioningofEnergyoptimization

設(shè)計人：周妍袁萌梁龍劉慶賈世明

指導老師：黃永紅

2009年4月能源與動力工程學院SchoolofEnergy&PowerEngin主要內(nèi)容我國空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀節(jié)能原理設(shè)計方案模擬運行測試及優(yōu)缺點評價設(shè)計總結(jié)主要內(nèi)容我國空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀目前空調(diào)耗電在很多發(fā)達城市中已占夏季電力高峰期負荷的40%左右。近兩年來，我國南方部分省市和山東地區(qū)均出現(xiàn)了電煤告急的情況，在夏季用電高峰時期電力缺口逐年增大。全國2/3的省份出現(xiàn)了“拉閘限電”的情況。作為建筑能耗的主要構(gòu)成部分，空調(diào)行業(yè)的節(jié)能工作迫在眉睫。由于我國建筑物的保溫節(jié)能性能差、空調(diào)運行效率低、大部分居民尚未形成良好的節(jié)能生活習慣等原因，我國的空調(diào)節(jié)能潛力非常大。

目前空調(diào)耗電在很多發(fā)達城市中已占夏季電力高峰期負荷的40%左技術(shù)名稱節(jié)能原理實現(xiàn)節(jié)能部分專家看法水泵改造技術(shù)改造原有水泵，在揚程不變的情況下改變水泵葉片面積、角度等機械部件，從而降低電機功率冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵節(jié)能效果不明顯，屬于機械改造，改良制造工藝，只影響單個冷凍（溫水）系統(tǒng)，沒有考慮相互關(guān)聯(lián)。但相對價格低廉。水泵變頻技術(shù)用變頻器控制水泵電機冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵水泵能耗降低，但會加大主機能耗，總體節(jié)能相對較低PLC控制技術(shù)通過單溫度的采集，由PLC運算控制變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機運行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵相對水泵變頻技術(shù)，PLC對變頻控制更加精確，能明顯降低水泵能耗，但會加大主機能耗，總體節(jié)能相對較低模糊控制技術(shù)★依靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，進行階梯狀控制調(diào)整，控制水泵電機運行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵，同時降低主機能耗節(jié)能效果明顯，對中央空調(diào)運行狀況判斷，與經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫對比，被動的模擬數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)庫的局限性，不能完全符合空調(diào)系統(tǒng)的運行特性，未能將節(jié)能最大化技術(shù)名稱節(jié)能原理實現(xiàn)節(jié)能部分專家看法水泵改造技術(shù)改造原有水泵二、節(jié)能原理溫度設(shè)定通過實驗研究集中式空調(diào)室外溫度、室內(nèi)設(shè)定溫度和空調(diào)能耗之間的定性關(guān)系，獲取室內(nèi)設(shè)定溫度模糊控制規(guī)則，依據(jù)室外氣溫變化改變室溫設(shè)定值，當室外氣溫較高時，室溫設(shè)定值隨之升高，反之亦然，達到節(jié)能和舒適控制。新回風比例采用模糊控制系統(tǒng)，對空調(diào)室內(nèi)CO2濃度進行控制，通過不斷調(diào)節(jié)新風門開度改變新風量來維持室內(nèi)CO2濃度在一個舒適的范圍內(nèi)，當室內(nèi)人員減少等因素引起CO2濃度降低時，模糊控制其動作，使得新風量減少、CO2濃度回復正常，從而達到節(jié)能效果。二、節(jié)能原理溫度設(shè)定三、設(shè)計方案節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖三、設(shè)計方案節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)的三種工作流程

節(jié)能模式舒適模式（動態(tài)）人工模式設(shè)定為拐點溫度手動設(shè)定溫度室外溫度、室內(nèi)CO2濃度測量CPU時鐘控制系統(tǒng)輸出最優(yōu)設(shè)定溫度及新風門開度將傳回數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)比對后輸出設(shè)定溫度空調(diào)最優(yōu)設(shè)定溫度實時控制系統(tǒng)系統(tǒng)的三種工作流程節(jié)能模式舒適模式人工模式設(shè)定為拐點溫度手模糊控制（fuzzy

control）是一種對系統(tǒng)控制的宏觀方法，加入了控制規(guī)則，規(guī)則通常采用“IF-THEN”方式來表達實際控制中的專家知識和規(guī)則，其最大的特征是將專家的控制經(jīng)驗、知識表達成語言控制規(guī)則，用規(guī)則去控制目標系統(tǒng)，特別適用于那些數(shù)學模型未知的、復雜的、非線性系統(tǒng)進行控制。模糊控制部分模糊控制（fuzzy

control）是一種對系統(tǒng)控制的宏觀

空調(diào)設(shè)定溫度與室外溫度模糊關(guān)聯(lián)參考依據(jù)設(shè)定溫度、室外溫度參考對應關(guān)系室外溫度(℃)≤29303132333435≥36設(shè)定溫度(℃)停機24252627272829空調(diào)設(shè)定溫度與室外溫度模糊關(guān)聯(lián)參考依據(jù)設(shè)定溫度、室外溫度CO2濃度模糊控制過程

以CO2濃度作為被控量，將濃度誤差以及濃度誤差變化率作為模糊控制器的輸入和新風閥門的開度作為輸出，CO2濃度設(shè)定值取0.1%。將傳感器測量到的CO2濃度值與設(shè)定濃度值進行比較，得到其誤差以及誤差變化率，經(jīng)過模糊控制器進行模糊運算得到新風閥門開度的控制值，從而改變新風量，最終達到控制室內(nèi)CO2濃度的目的。

CO2濃度模糊控制過程以CO2濃度作為被控量，CO2濃度模糊控制規(guī)則集CO2濃度模糊控制規(guī)則集四、硬件實現(xiàn)方法室外溫度傳感器四、硬件實現(xiàn)方法室外溫度傳感器控制面板控制面板二氧化碳變送器二氧化碳變送器五、模擬運行測試

用matlab仿真模擬的該控制系統(tǒng)表現(xiàn)出較好的魯棒性，可以起到較好的節(jié)能效果。由圖可以看出兩種模式下空調(diào)的節(jié)能效果還是比較明顯的，可分別實現(xiàn)節(jié)能13%，26%左右。五、模擬運行測試用matlab仿真模擬的該控制系六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點評價1、優(yōu)點：經(jīng)濟實用：節(jié)能效果明顯，可實現(xiàn)節(jié)能20%以上。電路控制部分可由單片機實現(xiàn)，加上傳感器、液晶顯示屏、CO2濃度變送器經(jīng)濟實用，有較大的市場潛力。安裝簡單：不需要對原有空調(diào)系統(tǒng)進行改造，可在原空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行升級改造。健康舒適：在節(jié)能的同時考慮了室內(nèi)空氣品質(zhì)的保持，使CO2濃度維持在健康范圍內(nèi)。2、缺點：該系統(tǒng)缺乏自學習、自適應功能，不能根據(jù)實際情況進行自動調(diào)節(jié)找出最優(yōu)控制方案，在今后的設(shè)計中有待改進與提高。六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點評價1、優(yōu)點：設(shè)計總結(jié)1.通過調(diào)節(jié)空調(diào)新回風比例，在維持室內(nèi)CO2濃度滿足健康需要的前提下盡可能多的利用空調(diào)回風，達到較好的節(jié)能和舒適的效果，是本設(shè)計最大的創(chuàng)新點。2.通過測量室外溫度實現(xiàn)對設(shè)定溫度的實時控制，已達到充分利用空調(diào)制冷量達到節(jié)能的目的。3.設(shè)計力求體現(xiàn)國家的節(jié)能減排與建設(shè)節(jié)約型社會的精神，在系統(tǒng)的設(shè)計過程中僅盡可能選用低功耗的CMOS電氣元件，盡可能精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計總結(jié)1.通過調(diào)節(jié)空調(diào)新回風比例，在維持室內(nèi)CO2濃度

該設(shè)計在歷時兩個月左右完成，設(shè)計過程中查閱了大量書籍、互聯(lián)網(wǎng)上的資料，同時指導教師黃永紅副教授給予了很多支持與幫助，在此深表感謝！最后，期望各位專家給予點評與指導！該設(shè)計在歷時兩個月

謝謝！謝謝！SchoolofEnergy&PowerEngineering集中式空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)

ControlsystemofCentralizedAirConditioningofEnergyoptimization

設(shè)計人：周妍袁萌梁龍劉慶賈世明

指導老師：黃永紅

2009年4月能源與動力工程學院SchoolofEnergy&PowerEngin主要內(nèi)容我國空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀節(jié)能原理設(shè)計方案模擬運行測試及優(yōu)缺點評價設(shè)計總結(jié)主要內(nèi)容我國空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀目前空調(diào)耗電在很多發(fā)達城市中已占夏季電力高峰期負荷的40%左右。近兩年來，我國南方部分省市和山東地區(qū)均出現(xiàn)了電煤告急的情況，在夏季用電高峰時期電力缺口逐年增大。全國2/3的省份出現(xiàn)了“拉閘限電”的情況。作為建筑能耗的主要構(gòu)成部分，空調(diào)行業(yè)的節(jié)能工作迫在眉睫。由于我國建筑物的保溫節(jié)能性能差、空調(diào)運行效率低、大部分居民尚未形成良好的節(jié)能生活習慣等原因，我國的空調(diào)節(jié)能潛力非常大。

目前空調(diào)耗電在很多發(fā)達城市中已占夏季電力高峰期負荷的40%左技術(shù)名稱節(jié)能原理實現(xiàn)節(jié)能部分專家看法水泵改造技術(shù)改造原有水泵，在揚程不變的情況下改變水泵葉片面積、角度等機械部件，從而降低電機功率冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵節(jié)能效果不明顯，屬于機械改造，改良制造工藝，只影響單個冷凍（溫水）系統(tǒng)，沒有考慮相互關(guān)聯(lián)。但相對價格低廉。水泵變頻技術(shù)用變頻器控制水泵電機冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵水泵能耗降低，但會加大主機能耗，總體節(jié)能相對較低PLC控制技術(shù)通過單溫度的采集，由PLC運算控制變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機運行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵相對水泵變頻技術(shù)，PLC對變頻控制更加精確，能明顯降低水泵能耗，但會加大主機能耗，總體節(jié)能相對較低模糊控制技術(shù)★依靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，進行階梯狀控制調(diào)整，控制水泵電機運行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵，同時降低主機能耗節(jié)能效果明顯，對中央空調(diào)運行狀況判斷，與經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫對比，被動的模擬數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)庫的局限性，不能完全符合空調(diào)系統(tǒng)的運行特性，未能將節(jié)能最大化技術(shù)名稱節(jié)能原理實現(xiàn)節(jié)能部分專家看法水泵改造技術(shù)改造原有水泵二、節(jié)能原理溫度設(shè)定通過實驗研究集中式空調(diào)室外溫度、室內(nèi)設(shè)定溫度和空調(diào)能耗之間的定性關(guān)系，獲取室內(nèi)設(shè)定溫度模糊控制規(guī)則，依據(jù)室外氣溫變化改變室溫設(shè)定值，當室外氣溫較高時，室溫設(shè)定值隨之升高，反之亦然，達到節(jié)能和舒適控制。新回風比例采用模糊控制系統(tǒng)，對空調(diào)室內(nèi)CO2濃度進行控制，通過不斷調(diào)節(jié)新風門開度改變新風量來維持室內(nèi)CO2濃度在一個舒適的范圍內(nèi)，當室內(nèi)人員減少等因素引起CO2濃度降低時，模糊控制其動作，使得新風量減少、CO2濃度回復正常，從而達到節(jié)能效果。二、節(jié)能原理溫度設(shè)定三、設(shè)計方案節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖三、設(shè)計方案節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)的三種工作流程

節(jié)能模式舒適模式（動態(tài)）人工模式設(shè)定為拐點溫度手動設(shè)定溫度室外溫度、室內(nèi)CO2濃度測量CPU時鐘控制系統(tǒng)輸出最優(yōu)設(shè)定溫度及新風門開度將傳回數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)比對后輸出設(shè)定溫度空調(diào)最優(yōu)設(shè)定溫度實時控制系統(tǒng)系統(tǒng)的三種工作流程節(jié)能模式舒適模式人工模式設(shè)定為拐點溫度手模糊控制（fuzzy

control）是一種對系統(tǒng)控制的宏觀方法，加入了控制規(guī)則，規(guī)則通常采用“IF-THEN”方式來表達實際控制中的專家知識和規(guī)則，其最大的特征是將專家的控制經(jīng)驗、知識表達成語言控制規(guī)則，用規(guī)則去控制目標系統(tǒng)，特別適用于那些數(shù)學模型未知的、復雜的、非線性系統(tǒng)進行控制。模糊控制部分模糊控制（fuzzy

control）是一種對系統(tǒng)控制的宏觀

空調(diào)設(shè)定溫度與室外溫度模糊關(guān)聯(lián)參考依據(jù)設(shè)定溫度、室外溫度參考對應關(guān)系室外溫度(℃)≤29303132333435≥36設(shè)定溫度(℃)停機24252627272829空調(diào)設(shè)定溫度與室外溫度模糊關(guān)聯(lián)參考依據(jù)設(shè)定溫度、室外溫度CO2濃度模糊控制過程

以CO2濃度作為被控量，將濃度誤差以及濃度誤差變化率作為模糊控制器的輸入和新風閥門的開度作為輸出，CO2濃度設(shè)定值取0.1%。將傳感器測量到的CO2濃度值與設(shè)定濃度值進行比較，得到其誤差以及誤差變化率，經(jīng)過模糊控制器進行模糊運算得到新風閥門開度的控制值，從而改變新風量，最終達到控制室內(nèi)CO2濃度的目的。

CO2濃度模糊控制過程以CO2濃度作為被控量，CO2濃度模糊控制規(guī)則集CO2濃度模糊控制規(guī)則集四、硬件實現(xiàn)方法室外溫度傳感器四、硬件實現(xiàn)方法室外溫度傳感器控制面板控制面板二氧化碳變送器二氧化碳變送器五、模擬運行測試

用matlab仿真模擬的該控制系統(tǒng)表現(xiàn)出較好的魯棒性，可以起到較好的節(jié)能效果。由圖可以看出兩種模式下空調(diào)的節(jié)能效果還是比較明顯的，可分別實現(xiàn)節(jié)能13%，26%左右。五、模擬運行測試用matlab仿真模擬的該控制系六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點評價1、優(yōu)點：經(jīng)濟實用：節(jié)能效果明顯，可實現(xiàn)節(jié)能20%以上。電路控制部分可由單片機實現(xiàn)，加上傳感器、液晶顯示屏、CO2濃度變送器經(jīng)濟實用，有較大的市場潛力。安裝簡單：不需要對原有空調(diào)系統(tǒng)進行改造，可在原空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行升級改造。健康舒適：在節(jié)能的同時考慮了室內(nèi)空氣品質(zhì)的保持，使CO2濃度維持在健康范圍內(nèi)。2、缺點：該系統(tǒng)缺乏自學習、自適應功能，不能根據(jù)實際情況進行自動調(diào)節(jié)找出最優(yōu)控制方案，在今后的設(shè)計中有待改進與提高。六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點評價1、優(yōu)點：設(shè)計總結(jié)1.通過調(diào)節(jié)空調(diào)新回風比例，在維持室內(nèi)CO2濃度滿足健康需要的前提下盡可能多的利用空調(diào)回風，達到較好的節(jié)能和舒適的效果，是本設(shè)計最大的創(chuàng)新點。2.通過測量室外溫度實現(xiàn)對設(shè)定溫度的實時控制，已達到充分