恒溫恒濕空調智能控製策略論文

恒溫恒濕空調智能控製策略論文

　　恒溫恒濕空調智能控製策略論文

　　【摘要】精密儀器實驗室、紡織車間和卷煙廠等場所對環境溫濕度控製精度的要求非常高，一般要求溫度控製精度達到±0.2℃，濕度控製精度達到±2%，而傳統的恒溫恒濕空調控製方式很難達到這些要求。論文提出一種新型的高精度恒溫恒濕空調智能控製方式，以滿足這些場所對建築環境溫濕度的高精度需求。

　　【關鍵詞】智能控製；高精度；恒溫恒濕

　　1傳統恒溫恒濕空調控製現狀

　　傳統恒溫恒濕空調通常由以下器件組成：定頻壓縮機、多級電加熱、電極式加濕器、91看片网站视频電磁閥、熱力膨脹閥、AC風機和低精度溫濕度傳感器，器件均采用啟停控製的方式，其控製的溫濕度波動較大，通常溫度控製精度為±2℃，濕度控製精度為±5%，其控製策略如下：

　　1）製冷當室內環境溫度高於設定溫度時，開啟定頻壓縮機製冷對環境進行降溫；當室內環境溫度達到設定溫度時，壓縮機關閉。

　　2）加熱當室內環境溫度低於設定溫度時，開啟電加熱製熱；當室內環境溫度達到設定溫度時，電加熱關閉。電加熱采用分級控製的方式，電加熱匹配量為製冷量的60%。

　　3）91看片网站视频當室內環境濕度高於設定濕度時，壓縮機運行，並開啟91看片网站视频電磁閥91看片网站视频；當室內環境濕度達到設定濕度時，91看片网站视频電磁閥關閉。當室內環境濕度高於設定濕度，且室內環境溫度低於設定溫度時，壓縮機持續運行對環境進行製冷91看片网站视频，同時電加熱分級投入，保證環境溫度不會降至太低。

　　4）加濕當室內環境濕度低於設定濕度時，開啟電極式加濕器加濕；當室內環境濕度達到設定濕度時，電極式加濕器關閉。加濕器采用啟停控製，濕度控製參數采用相對濕度控製。

　　2傳統恒溫恒濕空調控製的缺點

　　1）壓縮機、電加熱和加濕器均采用啟停控製，導致控製精度低。對於所有啟停控製的器件，在開啟和停止時，其輸出均具有滯後的慣性。例如，給定一個持續散熱的環境，空調設定溫度為24℃，當環境溫度為25℃時，壓縮機開啟到係統運行穩定需要5～10min，在壓縮機開啟過程中，環境溫度持續升高至26℃左右，此時，製冷係統輸出最大製冷量，環境溫度開始持續降低[1]。當環境溫度達到23℃時，壓縮機關閉，由於製冷係統的冷量慣性，環境溫度持續降低，最小低至22℃，溫度控製精度為±2℃。不能通過降低開啟溫度和提高停止溫度來達到提高空調設備的控製精度是因為頻繁啟停會嚴重影響壓縮機壽命，一般要求壓縮機最小運行時間為3min，最小停機時間為5min，因此，空調的啟停溫差控製在2℃已經是極限。同樣的問題出現在電加熱和加濕器啟停控製上，加熱器和加濕器從關閉到開啟狀態需要預熱；加熱器和加濕器關閉後，會慣性輸出一定的熱量和濕量，而通過縮短啟停時間來實現控製精度的提高，將導致器件壽命嚴重縮短。因此，在啟停控製策略下，環境溫濕度波動較大，通常溫度控製精度為±2℃，濕度控製精度為±5%。

　　2）對於無熱源的低溫高濕環境，傳統恒溫恒濕空調穩定周期更長且91看片网站视频效果差。傳統恒溫恒濕空調在無熱源的環境中將麵臨更大的挑戰，例如，在無熱源的低溫高濕環境下（江南地區梅雨季節氣候條件下），環境溫濕度為20℃、RH70%，設定溫濕度為24℃、RH50%，要達到設定溫濕度，空調機組需要製冷91看片网站视频，並利用輔助電加熱給環境補償熱。而傳統恒溫恒濕空調的電加熱匹配量為壓縮機製冷量的60%，低溫壓縮機停止溫度為18℃，在實際運行過程中，空調的運行狀態為電加熱開啟，壓縮機運行，並進行91看片网站视频加熱。由於電加熱量小於製冷量，環境溫度會迅速降低至壓縮機停止溫度點。此時，壓縮機停止運行，電加熱補償熱量。當環境溫度升高至20℃時，壓縮機再次開啟。如此反複循環，直至濕度達到設定要求後，再由電加熱補償到設定溫度點。環境溫濕度穩定的周期非常長，且溫濕度精度比常規環境更差。

　　3）濕度控製參數采用相對濕度控製，導致耗能。對於密閉的環境，隨著溫度的變化，相對濕度將不斷變化，但空氣中水蒸氣的含量不變，即空氣含濕量不變。例如，環境溫濕度為23℃、RH45%，其絕對含濕量為10.47g/kg，設定溫濕度為24℃、RH50%，其絕對含濕量為9.41g/kg。若采用相對濕度控製，則控製邏輯應為製熱加濕；若采用絕對濕度控製，則控製邏輯應為製熱91看片网站视频。這種情況下，采用相對濕度控製將會導致過度加濕。

　　3高精度恒溫恒濕空調智能控製策略

　　針對傳統恒溫恒濕空調控製的缺點，提出一種新型的高精度恒溫恒濕空調智能控製策略，其主要器件組成如下：直流變頻壓縮機、SCR電加熱、SCR加濕器、91看片网站视频電磁閥、電子膨脹閥、EC風機和高精度溫濕度傳感器[2]。溫濕度的控製不再單純采用偏差算法，而是采用精確的百分比需求和PID控製相結合的算法，其控製的溫濕度範圍波動非常小，通常溫度控製精度可達±0.2℃，濕度控製精度可達±2%，控製策略如下：

　　1）溫濕度目標需求算法需求＝[(檢測值－設定值)/精度]×100%。

　　2）帶限值的.PID算法利用溫濕度檢測值與設定值偏差的比例積分微分進行反饋控製，通過P（比例）算法控製溫濕度偏差，I（積分）算法控製溫濕度變化時間長度，D（微分）算法控製溫濕度變化的速率，表達式如下：式中，u(k)為第k次采樣時刻的溫度（濕度）控製輸出（帶限值）；uP(k)為第k次采樣時刻的P作用（帶限值）；uI(k)為第k次采樣時刻的I作用（帶限值）；uD(k)為第k次采樣時刻的D作用（帶限值）；e(k)為第k次采樣時刻的溫度（濕度）偏差；T為采樣周期；Ti為溫度（濕度）積分參數；e(j)為第1次到第k次采樣時刻的溫度（濕度）偏差；TD為溫度（濕度）微分參數；e(k-1)為第k-1次采樣時刻的溫度（濕度）偏差。

　　3）變容量製冷為解決壓縮機啟停帶來的溫濕度慣性，壓縮機初始以20%的頻率運行，當室內環境製冷量需求變化時，根據目標需求和PID控製算法，壓縮機升頻或降頻至計算頻率，同時改變EC風機轉速，線性調節風量，壓縮機和風機配合輸出精確的冷量。

　　4）無級調節加熱為解決電加熱啟停帶來的溫濕度慣性，SCR電加熱初始以30%的熱量輸出。當室內環境製熱量需求變化時，根據PID控製算法，SCR可控矽電加熱無級調節輸出精確的加熱量。

　　5）無級調節加濕為解決加濕器啟停帶來的溫濕度慣性，加濕器保持預熱狀態。當室內環境濕度需求變化時，根據PID控製算法，SCR可控矽加濕器無級調節輸出精確的加熱量。

　　6）Fuzzy-PID91看片网站视频91看片网站视频控製采用Fuzzy-PID複合控製算法，即將模糊控製與PID控製算法相結合，在濕度偏差較大時采用模糊控製算法，即室內環境濕度遠高於設定濕度時，壓縮機保持當前頻率運行，開啟91看片网站视频電磁閥91看片网站视频；在濕度偏差較小時采用PID控製算法，通過電子膨脹閥調節蒸發溫度，進而調節91看片网站视频量。

　　7）濕度控製濕度控製參數采用絕對含濕量控製。高精度恒溫恒濕空調智能控製策略耦合關係如圖1所示。

　　4高精度恒溫恒濕空調智能控製方式的優勢

　　1）變頻壓縮機和無級調節的電加熱、加濕器可有效消除溫濕度控製的慣性。例如，給定一個持續散熱的環境，空調設定溫度為24℃，環境溫度為25℃，此時，變頻壓縮機以50Hz的頻率運行對環境進行降溫，當環境溫度變為24.5℃時，壓縮機頻率降低為35Hz，當環境溫度變為24.0℃時，壓縮機頻率降至最低頻率20Hz。此時，SCR電加熱輸出30%，SCR電加熱量與製冷量基本持平，環境維持在恒定的24.0℃。若熱負荷變大，則壓縮機升頻，從而輸出更大的製冷量，配合SCR電加熱，環境溫度可長期維持在恒定的24.0℃。若熱負荷變小，則壓縮機維持20Hz頻率，SCR電加熱加大熱量的輸出，環境溫度也可長期維持在恒定的24.0℃。當溫度變化0.1℃時，變頻壓縮機頻率隨即發生變化，其響應速度及精度遠高於定頻壓縮機。通常溫度控製精度可達±0.2℃，同理，對於濕度控製，SCR加濕器配合91看片网站视频電磁閥工作，濕度變化0.5%時，加濕器輸出量和91看片网站视频電磁閥隨即發生動作，可把濕度精度穩定地控製在±2%。

　　2）在無熱源的低溫高濕環境，91看片网站视频迅速。91看片网站视频和加熱同時運行可大大縮短環境穩定的時間。例如，在無熱源的低溫高濕環境下（江南地區梅雨季節），環境溫濕度為20℃、RH70%，設定溫濕度為24℃、RH50%，為達到設定的溫濕度，變頻壓縮機按照91看片网站视频頻率恒定輸出60Hz，同時91看片网站视频電磁閥打開，電加熱輸出70%，電加熱輸出熱量大於60Hz壓縮機運行時的製冷量。在91看片网站视频的同時，室內溫度穩步上升，達到設定值[3]。

　　3）濕度控製參數采用絕對含濕量控製，避免了過度加濕和91看片网站视频。溫濕度控製對比曲線如圖2所示。

　　5應用實例

　　浙江某精密儀器實驗室使用普通恒溫恒濕空調，室內溫度始終偏低，濕度始終過高，無法達到設定的需求，在引入高精度恒溫恒濕智能空調係統後，通過調整PID算法參數和溫濕度偏差閾值等，即使室外為陰雨連綿的天氣，室內濕度也可控製在±2%，溫度控製在±0.3℃，建設了長期以來所期望的理想實驗室環境。

　　6結語

　　高精度恒溫恒濕智能空調係統的主要器件有直流變頻壓縮機、SCR電加熱、SCR加濕器、91看片网站视频電磁閥、電子膨脹閥、EC風機和高精度溫濕度傳感器。高精度恒溫恒濕空調智能控製策略有目標需求算法和PID計算製冷量輸出、PID計算加熱量輸出、PID計算加濕量輸出、Fuzzy-PID計算91看片网站视频量以及濕度參數采用絕對含濕量控製。

　　參考文獻

　　[1]安大偉.暖通空調係統自動化[M].北京:中國建築工業出版社,2009.

　　[2]邱育群,歐陽惕,劉文彬,等.高精度恒溫恒濕空調最佳控製方法研究[J].製冷與空調,2014,14(10):38-40.

　　[3]李舒宏,張小鬆,蔡亮,等.計量測試用高精度恒溫恒濕空調係統研製與實現[J].建築熱能通風空調,2007(6):91-94.

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