集中式空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)課件

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

ControlsystemofCentralizedAirConditioningofEnergyoptimization

設(shè)計(jì)人：周妍袁萌梁龍劉慶賈世明

指導(dǎo)老師：黃永紅

2009年4月能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergy&PowerEngin主要內(nèi)容我國(guó)空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀節(jié)能原理設(shè)計(jì)方案模擬運(yùn)行測(cè)試及優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)總結(jié)主要內(nèi)容我國(guó)空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀目前空調(diào)耗電在很多發(fā)達(dá)城市中已占夏季電力高峰期負(fù)荷的40%左右。近兩年來，我國(guó)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(shí)期電力缺口逐年增大。全國(guó)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(guó)建筑物的保溫節(jié)能性能差、空調(diào)運(yùn)行效率低、大部分居民尚未形成良好的節(jié)能生活習(xí)慣等原因，我國(guó)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(dá)城市中已占夏季電力高峰期負(fù)荷的40%左技術(shù)名稱節(jié)能原理實(shí)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(yáng)程不變的情況下改變水泵葉片面積、角度等機(jī)械部件，從而降低電機(jī)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(jī)械改造，改良制造工藝，只影響單個(gè)冷凍（溫水）系統(tǒng)，沒有考慮相互關(guān)聯(lián)。但相對(duì)價(jià)格低廉。水泵變頻技術(shù)用變頻器控制水泵電機(jī)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(huì)加大主機(jī)能耗，總體節(jié)能相對(duì)較低PLC控制技術(shù)通過單溫度的采集，由PLC運(yùn)算控制變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)運(yùn)行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵相對(duì)水泵變頻技術(shù)，PLC對(duì)變頻控制更加精確，能明顯降低水泵能耗，但會(huì)加大主機(jī)能耗，總體節(jié)能相對(duì)較低模糊控制技術(shù)★依靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行階梯狀控制調(diào)整，控制水泵電機(jī)運(yùn)行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵，同時(shí)降低主機(jī)能耗節(jié)能效果明顯，對(duì)中央空調(diào)運(yùn)行狀況判斷，與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，被動(dòng)的模擬數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性，不能完全符合空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特性，未能將節(jié)能最大化技術(shù)名稱節(jié)能原理實(shí)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(shí)驗(yàn)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(dāng)室外氣溫較高時(shí)，室溫設(shè)定值隨之升高，反之亦然，達(dá)到節(jié)能和舒適控制。新回風(fēng)比例采用模糊控制系統(tǒng)，對(duì)空調(diào)室內(nèi)CO2濃度進(jìn)行控制，通過不斷調(diào)節(jié)新風(fēng)門開度改變新風(fēng)量來維持室內(nèi)CO2濃度在一個(gè)舒適的范圍內(nèi)，當(dāng)室內(nèi)人員減少等因素引起CO2濃度降低時(shí)，模糊控制其動(dòng)作，使得新風(fēng)量減少、CO2濃度回復(fù)正常，從而達(dá)到節(jié)能效果。二、節(jié)能原理溫度設(shè)定三、設(shè)計(jì)方案節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖三、設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)）人工模式設(shè)定為拐點(diǎn)溫度手動(dòng)設(shè)定溫度室外溫度、室內(nèi)CO2濃度測(cè)量CPU時(shí)鐘控制系統(tǒng)輸出最優(yōu)設(shè)定溫度及新風(fēng)門開度將傳回?cái)?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)比對(duì)后輸出設(shè)定溫度空調(diào)最優(yōu)設(shè)定溫度實(shí)時(shí)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(diǎn)溫度手模糊控制（fuzzy

control）是一種對(duì)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(dá)實(shí)際控制中的專家知識(shí)和規(guī)則，其最大的特征是將專家的控制經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)表達(dá)成語言控制規(guī)則，用規(guī)則去控制目標(biāo)系統(tǒng)，特別適用于那些數(shù)學(xué)模型未知的、復(fù)雜的、非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制。模糊控制部分模糊控制（fuzzy

control）是一種對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系室外溫度(℃)≤29303132333435≥36設(shè)定溫度(℃)停機(jī)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(fēng)閥門的開度作為輸出，CO2濃度設(shè)定值取0.1%。將傳感器測(cè)量到的CO2濃度值與設(shè)定濃度值進(jìn)行比較，得到其誤差以及誤差變化率，經(jīng)過模糊控制器進(jìn)行模糊運(yùn)算得到新風(fēng)閥門開度的控制值，從而改變新風(fēng)量，最終達(dá)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(shí)現(xiàn)方法室外溫度傳感器四、硬件實(shí)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(yùn)行測(cè)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(shí)現(xiàn)節(jié)能13%，26%左右。五、模擬運(yùn)行測(cè)試用matlab仿真模擬的該控制系六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)1、優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)用：節(jié)能效果明顯，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%以上。電路控制部分可由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，加上傳感器、液晶顯示屏、CO2濃度變送器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有較大的市場(chǎng)潛力。安裝簡(jiǎn)單：不需要對(duì)原有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，可在原空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造。健康舒適：在節(jié)能的同時(shí)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(diǎn)：該系統(tǒng)缺乏自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能，不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)找出最優(yōu)控制方案，在今后的設(shè)計(jì)中有待改進(jìn)與提高。六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)1、優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)總結(jié)1.通過調(diào)節(jié)空調(diào)新回風(fēng)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(fēng)，達(dá)到較好的節(jié)能和舒適的效果，是本設(shè)計(jì)最大的創(chuàng)新點(diǎn)。2.通過測(cè)量室外溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定溫度的實(shí)時(shí)控制，已達(dá)到充分利用空調(diào)制冷量達(dá)到節(jié)能的目的。3.設(shè)計(jì)力求體現(xiàn)國(guó)家的節(jié)能減排與建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的精神，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中僅盡可能選用低功耗的CMOS電氣元件，盡可能精簡(jiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)總結(jié)1.通過調(diào)節(jié)空調(diào)新回風(fēng)比例，在維持室內(nèi)CO2濃度

該設(shè)計(jì)在歷時(shí)兩個(gè)月左右完成，設(shè)計(jì)過程中查閱了大量書籍、互聯(lián)網(wǎng)上的資料，同時(shí)指導(dǎo)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(diǎn)評(píng)與指導(dǎo)！該設(shè)計(jì)在歷時(shí)兩個(gè)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(jì)人：周妍袁萌梁龍劉慶賈世明

指導(dǎo)老師：黃永紅

2009年4月能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergy&PowerEngin主要內(nèi)容我國(guó)空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀節(jié)能原理設(shè)計(jì)方案模擬運(yùn)行測(cè)試及優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)總結(jié)主要內(nèi)容我國(guó)空調(diào)節(jié)能現(xiàn)狀目前空調(diào)耗電在很多發(fā)達(dá)城市中已占夏季電力高峰期負(fù)荷的40%左右。近兩年來，我國(guó)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(shí)期電力缺口逐年增大。全國(guó)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(guó)建筑物的保溫節(jié)能性能差、空調(diào)運(yùn)行效率低、大部分居民尚未形成良好的節(jié)能生活習(xí)慣等原因，我國(guó)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(dá)城市中已占夏季電力高峰期負(fù)荷的40%左技術(shù)名稱節(jié)能原理實(shí)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(yáng)程不變的情況下改變水泵葉片面積、角度等機(jī)械部件，從而降低電機(jī)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(jī)械改造，改良制造工藝，只影響單個(gè)冷凍（溫水）系統(tǒng)，沒有考慮相互關(guān)聯(lián)。但相對(duì)價(jià)格低廉。水泵變頻技術(shù)用變頻器控制水泵電機(jī)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(huì)加大主機(jī)能耗，總體節(jié)能相對(duì)較低PLC控制技術(shù)通過單溫度的采集，由PLC運(yùn)算控制變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)運(yùn)行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵相對(duì)水泵變頻技術(shù)，PLC對(duì)變頻控制更加精確，能明顯降低水泵能耗，但會(huì)加大主機(jī)能耗，總體節(jié)能相對(duì)較低模糊控制技術(shù)★依靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行階梯狀控制調(diào)整，控制水泵電機(jī)運(yùn)行冷凍（溫水）系統(tǒng)水泵，冷卻水系統(tǒng)水泵，同時(shí)降低主機(jī)能耗節(jié)能效果明顯，對(duì)中央空調(diào)運(yùn)行狀況判斷，與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，被動(dòng)的模擬數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性，不能完全符合空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特性，未能將節(jié)能最大化技術(shù)名稱節(jié)能原理實(shí)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(shí)驗(yàn)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(dāng)室外氣溫較高時(shí)，室溫設(shè)定值隨之升高，反之亦然，達(dá)到節(jié)能和舒適控制。新回風(fēng)比例采用模糊控制系統(tǒng)，對(duì)空調(diào)室內(nèi)CO2濃度進(jìn)行控制，通過不斷調(diào)節(jié)新風(fēng)門開度改變新風(fēng)量來維持室內(nèi)CO2濃度在一個(gè)舒適的范圍內(nèi)，當(dāng)室內(nèi)人員減少等因素引起CO2濃度降低時(shí)，模糊控制其動(dòng)作，使得新風(fēng)量減少、CO2濃度回復(fù)正常，從而達(dá)到節(jié)能效果。二、節(jié)能原理溫度設(shè)定三、設(shè)計(jì)方案節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖三、設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)）人工模式設(shè)定為拐點(diǎn)溫度手動(dòng)設(shè)定溫度室外溫度、室內(nèi)CO2濃度測(cè)量CPU時(shí)鐘控制系統(tǒng)輸出最優(yōu)設(shè)定溫度及新風(fēng)門開度將傳回?cái)?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)比對(duì)后輸出設(shè)定溫度空調(diào)最優(yōu)設(shè)定溫度實(shí)時(shí)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(diǎn)溫度手模糊控制（fuzzy

control）是一種對(duì)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(dá)實(shí)際控制中的專家知識(shí)和規(guī)則，其最大的特征是將專家的控制經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)表達(dá)成語言控制規(guī)則，用規(guī)則去控制目標(biāo)系統(tǒng)，特別適用于那些數(shù)學(xué)模型未知的、復(fù)雜的、非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制。模糊控制部分模糊控制（fuzzy

control）是一種對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系室外溫度(℃)≤29303132333435≥36設(shè)定溫度(℃)停機(jī)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(fēng)閥門的開度作為輸出，CO2濃度設(shè)定值取0.1%。將傳感器測(cè)量到的CO2濃度值與設(shè)定濃度值進(jìn)行比較，得到其誤差以及誤差變化率，經(jīng)過模糊控制器進(jìn)行模糊運(yùn)算得到新風(fēng)閥門開度的控制值，從而改變新風(fēng)量，最終達(dá)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(shí)現(xiàn)方法室外溫度傳感器四、硬件實(shí)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(yùn)行測(cè)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(shí)現(xiàn)節(jié)能13%，26%左右。五、模擬運(yùn)行測(cè)試用matlab仿真模擬的該控制系六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)1、優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)用：節(jié)能效果明顯，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%以上。電路控制部分可由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，加上傳感器、液晶顯示屏、CO2濃度變送器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有較大的市場(chǎng)潛力。安裝簡(jiǎn)單：不需要對(duì)原有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，可在原空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造。健康舒適：在節(jié)能的同時(shí)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(diǎn)：該系統(tǒng)缺乏自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能，不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)找出最優(yōu)控制方案，在今后的設(shè)計(jì)中有待改進(jìn)與提高。六、系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)1、優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)總結(jié)1.通過調(diào)節(jié)空調(diào)新回風(fēng)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(fēng)，達(dá)到較好的節(jié)能和舒適的效果，是本設(shè)計(jì)最大的創(chuàng)新點(diǎn)。2.通過測(cè)量室外溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定溫度的實(shí)時(shí)控制，已達(dá)到充分