（恒溫恒濕空調(diào)智能控制策略論文）

　　恒溫恒濕空調(diào)智能控制策略論文

　　【摘要】精密儀器實驗室、紡織車間和卷煙廠等場所對環(huán)境溫濕度控制精度的要求非常高，一般要求溫度控制精度達到±0.2℃，濕度控制精度達到±2%，而傳統(tǒng)的恒溫恒濕空調(diào)控制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(diào)智能控制方式，以滿足這些場所對建筑環(huán)境溫濕度的高精度需求。

　　【關(guān)鍵詞】智能控制；高精度；恒溫恒濕

　　1傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)控制現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)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、除濕電磁閥、熱力膨脹閥、AC風(fēng)機和低精度溫濕度傳感器，器件均采用啟停控制的方式，其控制的溫濕度波動較大，通常溫度控制精度為±2℃，濕度控制精度為±5%，其控制策略如下：

　　1）制冷當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時，開啟定頻壓縮機制冷對環(huán)境進行降溫；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度達到設(shè)定溫度時，壓縮機關(guān)閉。

　　2）加熱當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時，開啟電加熱制熱；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度達到設(shè)定溫度時，電加熱關(guān)閉。電加熱采用分級控制的方式，電加熱匹配量為制冷量的60%。

　　3）除濕當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度高于設(shè)定濕度時，壓縮機運行，并開啟除濕電磁閥除濕；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度達到設(shè)定濕度時，除濕電磁閥關(guān)閉。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度高于設(shè)定濕度，且室內(nèi)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時，壓縮機持續(xù)運行對環(huán)境進行制冷除濕，同時電加熱分級投入，保證環(huán)境溫度不會降至太低。

　　4）加濕當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度低于設(shè)定濕度時，開啟電極式加濕器加濕；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度達到設(shè)定濕度時，電極式加濕器關(guān)閉。加濕器采用啟停控制，濕度控制參數(shù)采用相對濕度控制。

　　2傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)控制的缺點

　　1）壓縮機、電加熱和加濕器均采用啟停控制，導(dǎo)致控制精度低。對于所有啟停控制的器件，在開啟和停止時，其輸出均具有滯后的慣性。例如，給定一個持續(xù)散熱的環(huán)境，空調(diào)設(shè)定溫度為24℃，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時，壓縮機開啟到系統(tǒng)運行穩(wěn)定需要5～10min，在壓縮機開啟過程中，環(huán)境溫度持續(xù)升高至26℃左右，此時，制冷系統(tǒng)輸出最大制冷量，環(huán)境溫度開始持續(xù)降低[1]。當(dāng)環(huán)境溫度達到23℃時，壓縮機關(guān)閉，由于制冷系統(tǒng)的冷量慣性，環(huán)境溫度持續(xù)降低，最小低至22℃，溫度控制精度為±2℃。不能通過降低開啟溫度和提高停止溫度來達到提高的控制精度是因為頻繁啟停會嚴(yán)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(diào)的啟停溫差控制在2℃已經(jīng)是極限。同樣的問題出現(xiàn)在電加熱和加濕器啟停控制上，加熱器和加濕器從關(guān)閉到開啟狀態(tài)需要預(yù)熱；加熱器和加濕器關(guān)閉后，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(xiàn)控制精度的提高，將導(dǎo)致器件壽命嚴(yán)重縮短。因此，在啟停控制策略下，環(huán)境溫濕度波動較大，通常溫度控制精度為±2℃，濕度控制精度為±5%。

　　2）對于無熱源的低溫高濕環(huán)境，傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)穩(wěn)定周期更長且除濕效果差。傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)在無熱源的環(huán)境中將面臨更大的挑戰(zhàn)，例如，在無熱源的低溫高濕環(huán)境下（江南地區(qū)梅雨季節(jié)氣候條件下），環(huán)境溫濕度為20℃、RH70%，設(shè)定溫濕度為24℃、RH50%，要達到設(shè)定溫濕度，空調(diào)機組需要制冷除濕，并利用輔助電加熱給環(huán)境補償熱。而傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)的電加熱匹配量為壓縮機制冷量的60%，低溫壓縮機停止溫度為18℃，在實際運行過程中，空調(diào)的運行狀態(tài)為電加熱開啟，壓縮機運行，并進行除濕加熱。由于電加熱量小于制冷量，環(huán)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(dāng)環(huán)境溫度升高至20℃時，壓縮機再次開啟。如此反復(fù)循環(huán)，直至濕度達到設(shè)定要求后，再由電加熱補償?shù)皆O(shè)定溫度點。環(huán)境溫濕度穩(wěn)定的周期非常長，且溫濕度精度比常規(guī)環(huán)境更差。

　　3）濕度控制參數(shù)采用相對濕度控制，導(dǎo)致耗能。對于密閉的環(huán)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(huán)境溫濕度為23℃、RH45%，其絕對含濕量為10.47g/kg，設(shè)定溫濕度為24℃、RH50%，其絕對含濕量為9.41g/kg。若采用相對濕度控制，則控制邏輯應(yīng)為制熱加濕；若采用絕對濕度控制，則控制邏輯應(yīng)為制熱除濕。這種情況下，采用相對濕度控制將會導(dǎo)致過度加濕。

　　3高精度恒溫恒濕空調(diào)智能控制策略

　　針對傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)控制的缺點，提出一種新型的高精度恒溫恒濕空調(diào)智能控制策略，其主要器件組成如下：直流變頻壓縮機、SCR電加熱、SCR加濕器、除濕電磁閥、電子膨脹閥、EC風(fēng)機和高精度溫濕度傳感器[2]。溫濕度的控制不再單純采用偏差算法，而是采用精確的百分比需求和PID控制相結(jié)合的算法，其控制的溫濕度范圍波動非常小，通常溫度控制精度可達±0.2℃，濕度控制精度可達±2%，控制策略如下：

　　1）溫濕度目標(biāo)需求算法需求＝[(檢測值－設(shè)定值)/精度]×100%。

　　2）帶限值的.PID算法利用溫濕度檢測值與設(shè)定值偏差的比例積分微分進行反饋控制，通過P（比例）算法控制溫濕度偏差，I（積分）算法控制溫濕度變化時間長度，D（微分）算法控制溫濕度變化的速率，表達式如下：式中，u(k)為第k次采樣時刻的溫度（濕度）控制輸出（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(shù)；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(shù)；e(k-1)為第k-1次采樣時刻的溫度（濕度）偏差。

　　3）變?nèi)萘恐评錇榻鉀Q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(dāng)室內(nèi)環(huán)境制冷量需求變化時，根據(jù)目標(biāo)需求和PID控制算法，壓縮機升頻或降頻至計算頻率，同時改變EC風(fēng)機轉(zhuǎn)速，線性調(diào)節(jié)風(fēng)量，壓縮機和風(fēng)機配合輸出精確的冷量。

　　4）無級調(diào)節(jié)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(dāng)室內(nèi)環(huán)境制熱量需求變化時，根據(jù)PID控制算法，SCR可控硅電加熱無級調(diào)節(jié)輸出精確的加熱量。

　　5）無級調(diào)節(jié)加濕為解決加濕器啟停帶來的溫濕度慣性，加濕器保持預(yù)熱狀態(tài)。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度需求變化時，根據(jù)PID控制算法，SCR可控硅加濕器無級調(diào)節(jié)輸出精確的加熱量。

　　6）Fuzzy-PID除濕除制采用Fuzzy-PID復(fù)合控制算法，即將模糊控制與PID控制算法相結(jié)合，在濕度偏差較大時采用模糊控制算法，即室內(nèi)環(huán)境濕度遠高于設(shè)定濕度時，壓縮機保持當(dāng)前頻率運行，開啟除濕電磁閥除濕；在濕度偏差較小時采用PID控制算法，通過電子膨脹閥調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度，進而調(diào)節(jié)除濕量。

　　7）濕度控制濕度控制參數(shù)采用絕對含濕量控制。高精度恒溫恒濕空調(diào)智能控制策略耦合關(guān)系如圖1所示。

　　4高精度恒溫恒濕空調(diào)智能控制方式的優(yōu)勢

　　1）變頻壓縮機和無級調(diào)節(jié)的電加熱、加濕器可有效消除溫濕度控制的慣性。例如，給定一個持續(xù)散熱的環(huán)境，空調(diào)設(shè)定溫度為24℃，環(huán)境溫度為25℃，此時，變頻壓縮機以50Hz的頻率運行對環(huán)境進行降溫，當(dāng)環(huán)境溫度變?yōu)?4.5℃時，壓縮機頻率降低為35Hz，當(dāng)環(huán)境溫度變?yōu)?4.0℃時，壓縮機頻率降至最低頻率20Hz。此時，SCR電加熱輸出30%，SCR電加熱量與制冷量基本持平，環(huán)境維持在恒定的24.0℃。若熱負(fù)荷變大，則壓縮機升頻，從而輸出更大的制冷量，配合SCR電加熱，環(huán)境溫度可長期維持在恒定的24.0℃。若熱負(fù)荷變小，則壓縮機維持20Hz頻率，SCR電加熱加大熱量的輸出，環(huán)境溫度也可長期維持在恒定的24.0℃。當(dāng)溫度變化0.1℃時，變頻壓縮機頻率隨即發(fā)生變化，其響應(yīng)速度及精度遠高于定頻壓縮機。通常溫度控制精度可達±0.2℃，同理，對于濕度控制，SCR加濕器配合除濕電磁閥工作，濕度變化0.5%時，加濕器輸出量和除濕電磁閥隨即發(fā)生動作，可把濕度精度穩(wěn)定地控制在±2%。

　　2）在無熱源的低溫高濕環(huán)境，除濕迅速。除濕和加熱同時運行可大大縮短環(huán)境穩(wěn)定的時間。例如，在無熱源的低溫高濕環(huán)境下（江南地區(qū)梅雨季節(jié)），環(huán)境溫濕度為20℃、RH70%，設(shè)定溫濕度為24℃、RH50%，為達到設(shè)定的溫濕度，變頻壓縮機按照除濕頻率恒定輸出60Hz，同時除濕電磁閥打開，電加熱輸出70%，電加熱輸出熱量大于60Hz壓縮機運行時的制冷量。在除濕的同時，室內(nèi)溫度穩(wěn)步上升，達到設(shè)定值[3]。

　　3）濕度控制參數(shù)采用絕對含濕量控制，避免了過度加濕和除濕。溫濕度控制對比曲線如圖2所示。

　　5應(yīng)用實例

　　浙江某精密儀器實驗室使用普通恒溫恒濕空調(diào)，室內(nèi)溫度始終偏低，濕度始終過高，無法達到設(shè)定的需求，在引入高精度恒溫恒濕智能空調(diào)系統(tǒng)后，通過調(diào)整PID算法參數(shù)和溫濕度偏差閾值等，即使室外為陰雨連綿的天氣，室內(nèi)濕度也可控制在±2%，溫度控制在±0.3℃，建設(shè)了長期以來所期望的理想實驗室環(huán)境。

　　6結(jié)語

　　高精度恒溫恒濕智能空調(diào)系統(tǒng)的主要器件有直流變頻壓縮機、SCR電加熱、SCR加濕器、除濕電磁閥、電子膨脹閥、EC風(fēng)機和高精度溫濕度傳感器。高精度恒溫恒濕空調(diào)智能控制策略有目標(biāo)需求算法和PID計算制冷量輸出、PID計算加熱量輸出、PID計算加濕量輸出、Fuzzy-PID計算除濕量以及濕度參數(shù)采用絕對含濕量控制。

　　參考文獻

　　[1]安大偉.暖通空調(diào)系統(tǒng)自動化[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

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

　　[3]李舒宏,張小松,蔡亮,等.計量測試用高精度恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)研制與實現(xiàn)[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2007(6):91-94.

　　【恒溫恒濕空調(diào)智能控制策略論文】相關(guān)文章：

　　智能控制綜述論文10-02

　　空調(diào)房節(jié)能智能化控制系統(tǒng)01-04

　　智能控制技術(shù)在工程機械控制的應(yīng)用論文02-03

　　智能控制技術(shù)工程機械控制論文06-14

　　智能控制課程的地位和作用論文12-02

　　關(guān)于智能控制課程的地位和作用論文12-02

　　LED路燈智能控制系統(tǒng)探索論文12-12

　　建設(shè)工程成本控制策略論文06-22

　　智能空調(diào)鞋作文08-23