协同技术在中央空调节能系统中的应用与研究

刘森

摘    要：本文首先大致介绍中央空调的相关知识，之后主要围绕中央空调水系统的节能问题，以提高水系统的工作效率，使其更加节能为目的，笔者通过遗传算法对水系统的各种参数进行优化;此外，通过对优化的节能系统进行详细分析，证实了该方法的可操作性，而且能够确保能耗系统时刻处于最佳状态。

关键词：中央空调;协同;遗传算法

1  研究背景和研究意义

空调最先出现于欧洲发达国家，他们也是最先对中央空调系统进行研究的地区，对于中央空调的耗能问题欧洲国家的研究成果相对较多，大体上经历了三次技术创新。第一次创新是通过安装变频器对水泵的转速进行控制，这就避免了水泵一直以统一速度运转，此种方法可以减少10%甚至到30%的电能，使得中央空调系统可以节约5%到10%的能耗;第二次创新借助了计算机的普及，在之前的变频器基础上加入人工智能化控制，这项技术可以随时检测水温变化，根据用户实际要求改变系统负荷，大大提高了效率，而且节约了20%到40%的能耗;而第三代技术革命则是在原有技术基础上实现全局优化，着眼整体降低能耗。第三次技术革命之后能耗的降低可达25%甚至到最高的50%。目前，中央空调系统的使用依然广泛，但是它能耗巨大这一问题也越来越引起人们的关注。

2  协同技术在中央空调节能系统中的应用与研究

2.1  中央空调的组成以及工作原理

中央空调系统由制冷机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及风机盘管系统等四部分组成。制冷机组就是中央空调必不可少的中心部分，主要作用是制冷或者制热（本文以制冷为例）;在冷冻水循环系统中，常温水会被蒸发器装置中的制冷剂吸水热量变为冷冻水，接着水泵会将冷冻水在系统中传送，降低环境温度;冷却水循环系统就是吸收水的热量，并排放到空气中去，制冷剂在冷凝的过程中会释放大量热量，这些需要循环地被冷却水系统吸收，不断排出;风机盘管系统主要负责循环吸收用户区域空气中的热量，将热量送往冷却水系统，保证用户的空气新鲜，维持设定的温度和湿度。

在冷凝器中，制冷剂被压缩冷凝会放出许多热量，系统中的冷却水就会立马吸收热量，，吸热之后的冷却水会被水泵传送到冷却系统中，冷却系统中安装有风机系统，他会对水进行冷却。另外，节流阀会对制冷剂進行低温低压处理，就产生了液态制冷剂，当制冷剂流入蒸发器中时，就会大量吸收冷却水的热量，使冷却水温度降到更低，之后传送到用户区域，同时，在蒸发器中吸热汽化的制冷剂又会被传送到压缩装置中进行压缩，如此循环往复进行工作。

2.2   协同控制的运用对中央空调节能系统优化方式

2.2.1  协同控制与遗传算法对中央空调节能系统的优化

协同控制来自于协同学，也是协同学在实际中的运用，协同学是耗散结构理论的延续，在其基础上，协同学指出了能产生的结构的具体形态以及它是如何产生的。协同学认为，在一系列的变化中，系统遵从于自组织，是内部的自组织能力使它们形成了有序的组织结构，这种现象就是各个系统相互作用产生的协同作用。

协同控制是指在开放系统中，协同控制器总是会相互协作完成工作，使得系统各部分保持在相互协作的平衡点。协同控制的观点认为，不同的系统之间虽然有时会相差很大，但是当它们处于一个更大的环境中时，它们之间往往能够在相互制约的同时相互合作。同理，在许多设备构成的系统中，只要给予一定的条件，各个系统之间就会相互合作，使得整个系统能有效地运转。

遗传算法产生于20世纪60年代，在1970年，遗传算法的使用结决了两个大问题：子程序选择以及模式识别，后来遗传算法被运用到函数优化问题中，经过De Jong和Brindle的研究和发展，遗传算法得到了广泛的应用。遗传算法主要是运用对染色体进行编码从而完成对问题的探讨。遗传算法优化首先要确定种群中的个体数量，并将每一个染色体的基因进行编码，然后通过检测种群中个体的适应度，进而判断优化的结果，若符合所需的优化标准，则找到最佳编码的种群个体求出最优参数。但是，如果还没有达到优化标准，就需要继续对产生的新个体进行编码，淘汰掉适应度低的个体，就选择适应度较高的个体，将它们进行交叉和变异得到新的种群进行试验。

2.2.2  设计方案与遗传算法对中央空调节能系统的步骤

在中央空调系统的优化试验中，在其中安装现场传感器，它可以精准而迅速地将数据传送到控制器，控制器依据协同作用理论对中央空调系统的实施控制。控制系统中硬件设备主要有变频器、传感器、触摸屏、PLC;变频器可以根据实际需要改变电压，有节能的作用，触摸屏将试验中的数据直观地反映在屏幕上，操作人员可以直接观测到数据，同时也可以直接对PLC进行操作，PLC是中央空调的核心部分，它可以有效调节变频器的频率，使水泵转速符合符合用户实际需要。

笔者主要通过使用遗传算法对中央空调的能耗进行优化，计算出各个设备的最优参数之后，通过对系统能好的优化可以最终降低中央空调的能源消耗。采取现场数据传输，实时控制，找到可以最大限度优化中央空调能耗的参数，并将参数传递到控制器中，在人工操作下，各个设备之间协调配合，共同完成节能任务

3  结语

在对中央空调系统的优化中，首先要选择对象，按照设定的优化周期采集数据;由于其他变量的影响，数据中会存在许多偶然性，要对数据进行预处理，检验数据的有效性;通过计算数据得出优化参数，并判断其是否在可行区域内;优化的结果不得受到外界干预。通过试验结果进行分析，可以得知协同技术对中央空调的优化作用。

参考文献：

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[4] 王兴茂.变频节能技术在清江大厦中央空调系统中的应用[J].湖北水力发电，2008（S1）：74～76.