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[摘 要]随着现代人们生活水平的不断提高，中央空调普遍深入人们生活当中，但是中央空调的日常量耗能非常巨大，严重制约着中央空调的进一步推广应用。本文针对中央空调的能耗巨大的情况提出针对性的解决措施，以期为中央空调空气处理系统优化提供参考。
[关键词]能耗；中央空调空气处理系统；优化
中图分类号：TB657.2；TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0155-02
引言
改革开放以来，我国的经济得到了飞速的发展，人们的生活水平也得到了很大的提高。人们日益增长的经济基础促使人们追求更高水平的生活，现在人们希望在室内能够享受到一个舒适、安详的一个工作和住宿环境。中央空调的出现正好能够满足现代人对于室内舒适的追求，但是随之而来的是中央空调能耗过大的问题。下面将重点讲述中央空调的空气处理系统优化问题。
1 中央空调系统组成和工作原理
1.1 中央空调系统的组成
中央空调根据用途可以分为家用中央空调和商用中央空调。家用中央空调是指一台主机运用氟路管道制冷，来带动多个设备运行；商用中央空调是指一台或者多台主机通过冷热水管或者风道来带动多个设备运行，同时还能够调节空气的质量。
中央空调系统是由智能建筑中对生活环境中的空气进行调节的所有设备所组成的系统[1]。中央空调的系统结构简图如图1所示：
中央空调系统主要组成部分为冷热源设备、风机、水泵、风阀、水阀、末端装置及各种传感器装置。
1.2 中央空调的工作原理
中央空调主要有两种工作方式：制冷和制热，下面对这两种工作方式的工作原理进行分析。
1.2.1 中央空调的制冷过程
在中央空调的系统内部存在一种制冷剂，它经膨胀阀进行节流，到达室内机的蒸发器后该制冷剂发生气化，然后通过风扇将冷风吹进室内，同时吸收空气中的热能。当制冷剂流经压缩机后，制冷剂的温度升高，流经冷凝器将其转化为液态，在这个过程中，会释放大量的热能，可以通过室外机的风扇将热能排除，这就是制冷的一个过程，这样循环进行，就达到了制冷的效果。
1.2.2 中央空调的制热过程
中央空调系统内的制冷剂经过压缩机后形成高温高压的液体，这些液体进入冷凝器，通过风扇将释放出的大量热能排到室内，同时将室内的冷空气吸走。制冷剂流经膨胀阀进行节流，到达室内机的蒸发器后该制冷剂发生气化，将吸收的冷空气经室外机的风扇排出室外，然后制冷剂再流回压缩机进行下一次循环。这样循环进行，就达到了制热的效果。
2 中央空调空气处理系统控制特点分析
对于中央空调而言其控制系统主要存在以下一些特点：
首先是多干扰性，湿度、温度的干扰性和多工况运行。多干扰性，即是中央空调在实际运行过程中比较容易受到外界条件的影响。任何的外部条件或者是内部条件的变换比如太阳的辐射、气候条件的变化和室内办公设备的变化都将会对中央空调造成比较大的干扰。
其次，对于中央空调的温度和湿度的相互干扰性而言，这两个参数在实际控制过程中都不是完完全全相互独立的，温度和湿度在实际控制过程中既相互影响又相互制约。室内温度升高时，会导致室内水蒸气饱和分压下降，在室内绝对湿度不变的条件下，室内温度最终会下降。如果将室内的温度调低的话则会导致室内的相对湿度相应提升。
最后，中央空调系统是需要在全年根据外界气候的变化来进行调节的，并且需要根据外界气候的变化改变中央空调系统的运行方式。对于通常情况而言，全年一般分为夏季、过度季和冬季三个阶段。通过这种系统运行方式的改变能够合理的处理空气。
3 中央空调空气处理系统优化
根据相关资料可以得知中央空调空气处理系统中主要的能耗部件为冷冻水泵（如图2）和供风风机（如图3），因此本文接下来将建立一个模型来详细模拟空气处理系统中的能耗问题模型。由于供风机的空气质量的流量和供风机的输出功率之间存在着严格的单调性，并且冷冻水的质量流量和冷冻水中的水泵输出功率之间也存在着严格的单调性，因此可以采取多项式逼近的方式来建立系统模型，并且通过最小二乘法得到系统模型中的主要参数。水泵和风机的功率模型如下所示：
上式中的是水泵的功率，是水泵的额定功率，指的是实时冷冻水的质量流量，是水泵运行时额定冷冻水质量流量，风机的功率，风机的额定功率，为空气质量流量，为额定空气质量流量，水泵负荷运行下的系数，为风机符合运行下的系数。
因此本文接下来可以利用上述建立的模型来对空气处理系统进行优化研究。在实际建筑中，制冷机和冷冻水泵通常都是放在同一个空调房中，因此在研究过程中选取一台冷冻水泵进行研究即可。首先根据中央空调空气处理系统的组成，提出系统的能耗最优问题，之后建立系统的最优解的目标函数和相应的外界约束条件。其中目标函数也即是：中央空调空气处理系统中的关键能耗部件冷冻水泵和多个风机的功率之和。目标函数可适应函数为：
其中的约束条件为：
通过上面公式可以看出影响风机和水泵功耗的主要因素有供风流量，冷冻水流量和冷冻水温度以及进入到风机盘管的混风温度四个因素。假设中央空调的风机和水泵都配备了变频器，并且其频率在实际运行过程中是可以进行调节的。下面对各种情况进行节能最优化工作点的详细计算。
如果需要保持冷冻水在供水过程中的温度不发生改变，需要在系统运行过程中控制压缩机的出口压力，即改变系统中压缩机的运行频率；如果在系统运行过程中需要保证通风管道中的温度不会发生较大的改变，则需要控制中央系统中回风风扇的运转频率。另外，对于供风风扇的运行频率和冷冻水泵的运行频率，需要设置专门的控制器来对它们进行控制。为了在实际运行过程中达到较为满意的效果可以采用PID控制算法运用到里面。
4 总结
中央空调的能耗较大一直是人们普遍关注的问题，本文首先从中央空调的系统组成出发，详细分析了中央空调系统的工作原理和工作特点，并且针对中央空调系统在运行过程中出现的能耗较大的问题提出相应的优化研究策略，对中央空调系统空气处理的关键设备进行了模型分析，并通过相应的计算找到了中央空调的空气处理系统的最佳工作点。相信通过对于中央空调系统的优化能在很大程度上减少中央空调系统的能耗，进一步缓解能源危机带来的迫切感和压力感，切实提高老百姓的生活水平和生活质量。
参考文献
[1] 国明.中央空调空气处理系统优化方法研究[D].沈阳工业大学.
[关键词]能耗；中央空调空气处理系统；优化
中图分类号：TB657.2；TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0155-02
引言
改革开放以来，我国的经济得到了飞速的发展，人们的生活水平也得到了很大的提高。人们日益增长的经济基础促使人们追求更高水平的生活，现在人们希望在室内能够享受到一个舒适、安详的一个工作和住宿环境。中央空调的出现正好能够满足现代人对于室内舒适的追求，但是随之而来的是中央空调能耗过大的问题。下面将重点讲述中央空调的空气处理系统优化问题。
1 中央空调系统组成和工作原理
1.1 中央空调系统的组成
中央空调根据用途可以分为家用中央空调和商用中央空调。家用中央空调是指一台主机运用氟路管道制冷，来带动多个设备运行；商用中央空调是指一台或者多台主机通过冷热水管或者风道来带动多个设备运行，同时还能够调节空气的质量。
中央空调系统是由智能建筑中对生活环境中的空气进行调节的所有设备所组成的系统[1]。中央空调的系统结构简图如图1所示：
中央空调系统主要组成部分为冷热源设备、风机、水泵、风阀、水阀、末端装置及各种传感器装置。
1.2 中央空调的工作原理
中央空调主要有两种工作方式：制冷和制热，下面对这两种工作方式的工作原理进行分析。
1.2.1 中央空调的制冷过程
在中央空调的系统内部存在一种制冷剂，它经膨胀阀进行节流，到达室内机的蒸发器后该制冷剂发生气化，然后通过风扇将冷风吹进室内，同时吸收空气中的热能。当制冷剂流经压缩机后，制冷剂的温度升高，流经冷凝器将其转化为液态，在这个过程中，会释放大量的热能，可以通过室外机的风扇将热能排除，这就是制冷的一个过程，这样循环进行，就达到了制冷的效果。
1.2.2 中央空调的制热过程
中央空调系统内的制冷剂经过压缩机后形成高温高压的液体，这些液体进入冷凝器，通过风扇将释放出的大量热能排到室内，同时将室内的冷空气吸走。制冷剂流经膨胀阀进行节流，到达室内机的蒸发器后该制冷剂发生气化，将吸收的冷空气经室外机的风扇排出室外，然后制冷剂再流回压缩机进行下一次循环。这样循环进行，就达到了制热的效果。
2 中央空调空气处理系统控制特点分析
对于中央空调而言其控制系统主要存在以下一些特点：
首先是多干扰性，湿度、温度的干扰性和多工况运行。多干扰性，即是中央空调在实际运行过程中比较容易受到外界条件的影响。任何的外部条件或者是内部条件的变换比如太阳的辐射、气候条件的变化和室内办公设备的变化都将会对中央空调造成比较大的干扰。
其次，对于中央空调的温度和湿度的相互干扰性而言，这两个参数在实际控制过程中都不是完完全全相互独立的，温度和湿度在实际控制过程中既相互影响又相互制约。室内温度升高时，会导致室内水蒸气饱和分压下降，在室内绝对湿度不变的条件下，室内温度最终会下降。如果将室内的温度调低的话则会导致室内的相对湿度相应提升。
最后，中央空调系统是需要在全年根据外界气候的变化来进行调节的，并且需要根据外界气候的变化改变中央空调系统的运行方式。对于通常情况而言，全年一般分为夏季、过度季和冬季三个阶段。通过这种系统运行方式的改变能够合理的处理空气。
3 中央空调空气处理系统优化
根据相关资料可以得知中央空调空气处理系统中主要的能耗部件为冷冻水泵（如图2）和供风风机（如图3），因此本文接下来将建立一个模型来详细模拟空气处理系统中的能耗问题模型。由于供风机的空气质量的流量和供风机的输出功率之间存在着严格的单调性，并且冷冻水的质量流量和冷冻水中的水泵输出功率之间也存在着严格的单调性，因此可以采取多项式逼近的方式来建立系统模型，并且通过最小二乘法得到系统模型中的主要参数。水泵和风机的功率模型如下所示：
上式中的是水泵的功率，是水泵的额定功率，指的是实时冷冻水的质量流量，是水泵运行时额定冷冻水质量流量，风机的功率，风机的额定功率，为空气质量流量，为额定空气质量流量，水泵负荷运行下的系数，为风机符合运行下的系数。
因此本文接下来可以利用上述建立的模型来对空气处理系统进行优化研究。在实际建筑中，制冷机和冷冻水泵通常都是放在同一个空调房中，因此在研究过程中选取一台冷冻水泵进行研究即可。首先根据中央空调空气处理系统的组成，提出系统的能耗最优问题，之后建立系统的最优解的目标函数和相应的外界约束条件。其中目标函数也即是：中央空调空气处理系统中的关键能耗部件冷冻水泵和多个风机的功率之和。目标函数可适应函数为：
其中的约束条件为：
通过上面公式可以看出影响风机和水泵功耗的主要因素有供风流量，冷冻水流量和冷冻水温度以及进入到风机盘管的混风温度四个因素。假设中央空调的风机和水泵都配备了变频器，并且其频率在实际运行过程中是可以进行调节的。下面对各种情况进行节能最优化工作点的详细计算。
如果需要保持冷冻水在供水过程中的温度不发生改变，需要在系统运行过程中控制压缩机的出口压力，即改变系统中压缩机的运行频率；如果在系统运行过程中需要保证通风管道中的温度不会发生较大的改变，则需要控制中央系统中回风风扇的运转频率。另外，对于供风风扇的运行频率和冷冻水泵的运行频率，需要设置专门的控制器来对它们进行控制。为了在实际运行过程中达到较为满意的效果可以采用PID控制算法运用到里面。
4 总结
中央空调的能耗较大一直是人们普遍关注的问题，本文首先从中央空调的系统组成出发，详细分析了中央空调系统的工作原理和工作特点，并且针对中央空调系统在运行过程中出现的能耗较大的问题提出相应的优化研究策略，对中央空调系统空气处理的关键设备进行了模型分析，并通过相应的计算找到了中央空调的空气处理系统的最佳工作点。相信通过对于中央空调系统的优化能在很大程度上减少中央空调系统的能耗，进一步缓解能源危机带来的迫切感和压力感，切实提高老百姓的生活水平和生活质量。
参考文献
[1] 国明.中央空调空气处理系统优化方法研究[D].沈阳工业大学.