户式中央空调系统优化技术分析

摘要: 本文对户式中央空调系统的特性进行简单介绍。对系统的优化设计及运行控制方法进行分析。结合变频水管户式中央空调系统，对系统的优化设计方法和运行控制技术进行了讨论。

1． 引言

随着城镇居民生活水平的提高和住房面积的改善，人们的居住观点从单一注重居住的实用性、功能性等底水平要求向注重舒适性、室内空气品质等高层次需求转变。因而户式中央空调得到迅速的发展。户式中央空调已经被中国空调行业中的大多数人士公认为未来住宅空调的主流产品。与普通空调器相比较，户式中央空调具有舒适、美观、节能等特点；不仅可以引入新风、改善空气品质，消除“空调病”的烦恼，而且使居住室内空气分布更加均匀、温度波动小，舒适感好。

户式中央空调根据输送介质的情况通常可分为三类， 即以空气为介质的风管式空调系统、以水为介质的水管式空调系统和制冷剂直接蒸发的一拖多多联机。风管式空调系统与集中全空气中央空调系统原理相似。它具有良好的新风空调系统，且投资较小，但风管占用空间体积大，要求较高的层高是其不足。水管式空调系统由室外机组产生的冷热水,经水管系统输送到室内各个末端装置。该系统可以对每个空调室进行单独调节，满足各个空调室的要求，因而具有较好的节能效果。但该系统对新风系统布设有些困难。制冷剂直接蒸发空调系统一般采用一台室外机通过制冷剂管路向多个室内机输送循环。基于变频和电子膨胀阀技术的一拖多多联机具有节能、运转平稳等优点，但对引进新风困难、长管路系统低流量的回油问题及现场安装要求是其不足。由于户式中央空调系统在中国的发展起步较晚，在设计和运行中还存在着许多问题。随着对节约能源、减少运行费用、环境保护及室内空气环境要求的提高，对户式中央空调的提出了更高的要求。因而优化设计和运行户式中央空调系统，使其保证运行效率高、减少环境污染及提高居住的舒适性是目前亟待解决的问题。本文将对以变频水管式空调系统为例，对系统的设计参数进行分析，并对系统优化设计和运行进行探讨。

2． 变频水管户式中央空调系统优化设计方法

水管式空调系统由室外机组产生的冷热水,经水管系统输送到室内各个末端装置。该系统可以对每个空调室进行单独调节，满足各个空调室的要求，因而具有较好的节能效果。变频水管式空调系统加上独立的新风系统是一很有发展前景的理想的节能舒适型户式中央空调系统。因而其优化设计具有极其重要的价值。

传统的制冷系统设计方法是基于经验加实验为主。通常经验设计方法简便易行，对理论知识和实验条件等依赖性相对较小。然而经验设计方法不可避免地具有直接和可靠性低、稳定性差的缺点，只适于产品的初步开发。而基于理论预测的优化设计技术可以有效地弥补经验设计和实验的不足，不仅为提高产品的设计可靠性和效率提供保障，而且对产品的优化提供了有效的途经。

最优化方法就是在一切可行方案中选出最优方案的方法。在最优化设计中，表征方案的一切独立变量为设计变量。最优化方法就是研究如何合理地确定这些变量的方法。而评价方案优劣的指标决定于该方案所选定的设计变量，即该指标为设计变量的函数-目标函数。在系统优化设计中，设计变量的取值常常受到种种条件的限制，即约束条件。

变频水管式空调系统由变频压缩机、冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀、室内机、制冷剂管路和水泵水管路系统组成。根据制冷系统热力学理论，利用参数动态分布、相互关联的方法，建立系统各部件数学模型和运行参数动态方程，组成系统运行参数的方程组，并对该系统进行动态模拟。模拟系统的动态特性，为优化设计提供依据。

为满足空调系统的节能、热舒适性及制冷制热好的效果，空调系统的能效比、降(升)温速率和降(升)温幅度要达到指标要求。因而在优化设计时，分别选取能效比、降(升)温速率和降(升)温幅度为目标函数的多目标优化方法。同时考虑满足冷凝器和蒸发器结构、面积范围、迎面风速范围、系统温度和压力变化范围、水和制冷剂流量范围、过冷过热度范围和室内机数量等约束条件的要求，利用优化方法进行对上述目标多目标优化计算。因而变频水管式空调系统的优化问题可表达为如下形式

(1)

将多目标优化计算问题转化为单目标优化问题。并对单目标问题构造一个新的函数：

(2)

其中 为递减的正数序列，即：

随着 的增大， 的值逐渐趋向于零。这样通过构造惩罚函数的方法将原有约束最优化问题变换为一系列无约束最优化问题。结合变频水管式空调系统动态模拟技术进行空调系统单目标优化计算的主要程序为:

(1) 选定初始惩罚因子 及收敛精度 和 ；

(2) 利用变频水管式空调系统动态模拟，计算系统能效比、降(升)温速率和降(升)温幅度；

(3) 极小化 ，得最优解 ；

(4) 根据事先规定的两个很小的正数 和 检验

和 ；

是否成立，如成立则 ，否则取 ， 为小于1的正数，一般可取 ；

(5)令 ，转至第(3)步。

这样完成了变频水管式空调系统的综合优化设计。

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