基于气候补偿器的换热站控制系统的优化设计 基于气候补偿器的换热站控制系统的优化设计 Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ 朱昭璐（西安建筑科技大学信息与控制工程学院，陕西西安７１００５５） 摘要：随着城市供热系统普及范围越来越大，缓解供暖的经济性和舒适性之间的矛盾显得尤为重要。研究了基于气候 补偿器的新型换热站控制系统，结合质调节和量调节的优势，并利用室内温度作为反馈量，改善了换热站控制系统的供暖 效果，在降低能耗和提高舒适度方面有了明显的提升。 关键词：气候补偿，反馈，节能 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａ ｎｅｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ｃｏｍ— ｂｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｉｎｄｏｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｓ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｖａｌｕｅ，ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｓｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｍａｋｅ ａ ｇｒｅａｔ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｃｏｍｆｏｒｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｌｉｍａｔｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｆｅｅｄｂａｃｋ，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｅｇ 气候补偿器是可以根据室外气候温度的变化，以及用户设 定的不同时间段对室内温度要求，按照设定的曲线求出恰当的 供水温度，并自动控制供水温度，实现供热系统的供水温度的气 候补偿设备。 气候补偿器主要由温度传感器，补偿控制器和电动三通阀 组成，其中补偿控制器中存储了多条预先设置的不同温度下的 供暖曲线。气候补偿器工作原理见图１。 ． 一…一一模拟仿真法可以对引入气象因素下的综合室外温度对实际的热 负荷进行补偿，但缺点是这些分析主要适用于较大的供热系统， 并且由于这个方法主要依赖于数理分析，所以需要大量的热负 荷统计数据、气象参数以及采暖地区的地理结构信息，是一个长 期的、误差较大的预报过程。采用能耗模拟仿真的方法同样是长 期的预报过程，它需要了解建筑物本身的结构材料信息，采暖用 户的生产生活情况，以及当地的气象规律。与线性回归法主要作 用于宏观相比，这种方法更倾向于微观调节，但由于融合了 采暖用户的活动信息，参数的不稳定使更加复杂。 室外温度 气候补偿器Ｌ童内 ｉ雠． 一…一…一一１ 更为简便的方法是把供热系统作为黑盒考虑，并结合实际 室内温度进行温度补偿。如前文所述，即使考虑各种气象条件， ｛＾ 凡Ｉ／ｔ ’ 换 —『一三通阀 热 ｉ 水温度 次供水 三 ＿次冈出水口 ｌ 机 组 』 ＿ 次回水 循环水泵 仍有４０％的热负荷难以计算。这些热负荷变化的无规律性使建 立各种数学模型都显得尤为困难。通过黑盒方法，可以采用已知 的供热公式作为基础，同时结合室内温度的实测数据来观察供 热系统的动态特性，进行反馈调节。这种方法无需探究供热系统 的本质规律，省去了冗余的数学推理过程，同时由于只需把建筑 物内部的热负荷作为黑盒处理，所以只需要有限个数的的室内 温度传感器即可提供有效的实测数据，室内温度可以通过求平 均值法得到建筑物宏观的温度数据，也可以通过加权平均的方 图１气候补偿器原理图 １ 气候补偿器的工作过程 气候补偿器的基本工作过程是：安装在室外的温度传感实 时采集室外温度病传送给控制器，控制器选择合适的供暖曲线 并依据当前室外温度确定理论供回水温度，同时二次供水网管 线内的温度采集器返回实时的供回水温度测量值，气候补偿控 制器根据供回水温度的理论和实测值间的差值，通过一系列算 法，计算出需要传递给调节执行机构的量值，最终确保实际供回 水温度和理论值达到一致。 但是，换热站供热系统热负荷会受到各种气象及人为因素 法，对不同位置的温度传感器的值规定相应的权重值，最终计算 出建筑物微观的温度数据，也可以根据建筑物的结构特征，在特 定地点放置单一温度传感器获得建筑物整体的温度值。通过这 些方法既保证计算数据的准确性的同时也提高了气候补偿控制 系统的经济性。 综上所述，室内温度补偿工作原理是通过安装在建筑物内 的影响。通常情况，室外温度只占供暖热负荷的６０％，管网热损 失占５％一８％，平均生活热水负荷占３０％，另外风速会使热负荷 的温度传感器测量室内实时温度，考虑到不同楼层，不同朝向的 房间的室内实测温度会有微小的差异，一般采用求和取平均值 的方法将室内温度作为一个整体。当探测到室内实测温度高于 系统设定的室内计算温度时，将当前的供暖曲线整体下移，降低 额外增加１％一４％，太阳辐射量使热负荷减少１％一５％。由此可 以看出，当忽略其他因素，在只考虑室外温度的情况下计算出的 理论供回水温度与实—— 供回水温度；当探测到室内实测温度低于系统设定的室内计算 温度时，将当前的供暖曲线整体上移，提高供回水温度，最终使 室内温度达到最优值。 ， 际效果间会有一定差Ｉ选定 暖曲 了供回水温度的调节 始终无法满足采暖用ｌ 堕 ｌ 户的使用一用线性回归法和能耗 ｌ。 ｌ Ｈ量 ｌ ｌ霍ｌ ｌ ｌ ２换热站智能控制系统的设计 换热站控制系统采用的调节方式是一次侧采用量调节方 式，二次侧采用改变流量的质调节方式。根据对室外温度的监 在这种情况下，采ｌ温度传感器Ｈ —— 兰 测，适当调整热源侧的热量输入，在热负荷变化的同时，调节二 次侧的供水温度为设定曲线参数，并对二次循环水泵变频控制， 图２室内温度补偿流程图 《工业控制计算机）２０１５年第２８卷第９期 为了简化计算，采用三角形函数作为隶属度函数。根据脚手 架升降系统实际工况和专家经验，模糊控制规则如表１所示。 统的知识，由数据库和规则库组成。单纯的模糊控制存在稳态误 差较大，在提高系统稳态精度上缺乏优势，并且跟踪性能会变 表１模糊控制规则 坏，抗干扰能力也会降低。而数据库中提供的控制规则是针对模 ＮＢ ＮＭ ＮＳ Ｏ ＰＳ ＰＭ ＰＢ 糊控制存在问题的解决方法，即根据模糊控制的问题和自动控 制专家的经验来构造新的控制规则。 ＮＢ ＰＢ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＮＳ Ｏ Ｏ ３＿２．３推理机制 ＮＭ ＰＢ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＰＳ Ｏ ＮＢ 该系统的规则库数量较少，搜索空间不大，我们采用正向推 ＮＳ ＰＢ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ０ ＰＳ ＮＢ ０ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ０ ＮＳ ＮＭ ＮＢ 理机制。正向推理又称数据驱动推理，是按照由条件推出结论的 ＰＳ ＰＭ ＰＭ Ｏ ＮＳ ＮＭ ＰＢ ＰＢ 方向进行的推理方式。正向推理示意图如图３所示。 ＰＭ ＰＳ ０ ＮＳ ＮＭ ＮＭ ＮＢ ＮＢ ３．３专家模糊算法的软件实现 ＰＢ ０ Ｏ ＮＭ ＮＢ ＮＢ ＮＢ ＮＢ 专家模糊控制算法实现流程如图４所示。 根据以上控制规则所确定的模糊控制关系Ｒ可表示为： Ｒ＝Ｒ１ＵＲ２ＵＲ３…ＵＲｎ （１） 其中，Ｒｉ＝（ＥｉｘＥｃｉ）ｘ△Ｕｉ （２） Ｅ的模糊化集合为Ｅｉ；Ｅｃ的模糊化集合为Ｅｃｉ；△Ｕ的模糊 化集合为ＡＵｉ。得到Ｒ后，依据推理合成规则，由压力偏差Ｅ及 其偏差变化率Ｅｃ的论域｛一６，一５，一４，一３，一２，一１，０，１，２，３，４， ５，６｝，并通过语言变量偏差Ｅ和语言变量偏差变化率Ｅｃ的赋 值表，求出语言变量控制量△Ｕ的模糊集合，即： ’ △Ｕ＝（ＥｘＥｃ）・Ｒ （３） 将△Ｕ以扎德表示法表示后，取得以论域｛一６，一５，一４，一３， 一２，一１，０，１，２，３，４，５，６｝的元素表示的电葫芦开闭变化量△Ｕ， 然后采用最大隶属度法进行非模糊化处理，就得到电葫芦开闭 田４专家模糊控制算法实现流程 的实际变化量△Ｕ 。 ４结束语 ３＿２．２知识库 在邯郸某小区一栋高层建筑中得到试验性的应用，该附着 知识库是专家控制器的基础，它存储了脚手架升降控制系 式升降脚手架由４组架体组成，每组架体均由主、分控箱控制。 在实际应用中表明，采用该控制系统的附着式升降脚手架同步 性很好，能根据当前架体间的荷载自动调整架体的升降，达到了 设计的要求，也大大提高了建筑物的施工进度。 参考文献 ［１］焦红卫．液压步进式自动升降脚手架关键技术研究［Ｄ］．武汉：武汉理 工大学，２００７ ［２］任大林．液压同步控制系统控制方法及应用研究［Ｄ］．沈阳：沈阳工业 大学，２００９ ［３］王培懿．自动升降脚手架多点提升同步性研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大 学，２０１０ ［４］李言俊，张科．自适应控制理论及应用［Ｍ］．西安：西北工业大学出版 社。２００５：２６２ 图３正向推理示意图 ［５］李士勇．模糊控制［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，２０１１ ［收稿日期：２０１５．４．２６］ （上接第８７页） 效果达到最佳状况。 回水温度较低，不能达到所需的供暖室内温度，所以需要对供暖 ５结束语 曲线进行上移；反之，当室内实测温度高于供暖室内温度时，说 在供暖系统采用电动调节阀和变频循环水泵共同调节的方 明当前供回水温度较高，提供的热量超过所需达到的的供暖室 式，不仅可以减少电动阀的调节频率，延长其工作寿命，同时降 内温度，所以需要对供暖曲线进行下移。调节量可以通过供回水 低了整个系统的耗电量。 温度计算公式进行计算，计算方式如下： △平移量＝供回水温度（ｔｎ＝供暖室内温度）一供回水温度（ｔｎ＝室内 参考文献 实测温度） ［１］涂光备。等．供热计量技术［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００３：５５ 例如，当室内实测温度为２２℃，供暖室内温度为１８℃，ｔｇ ＝ ［２］闫秋会，赵建会，张联英．供热工程［Ｍ］．北京：科学出版社，２００８：２２２ ９５℃，ｔｈ ＝７０℃，ｔｗ ＝一１０℃，Ｂ＝Ｏ．２５时，分别得到两条供暖曲 ［３］王宇清，汤延庆．供热系统的自动调节设备——气候补偿器（Ｊ］．科技 线。在当前室外温度为０℃的情况下，供暖曲线需要下移４￣Ｃ。当 咨询导报。２Ｏｏ６（９）：６３－６４ 移动供暖曲线后系统仍然不能满足室内供暖温度时，可以通过 ［收稿日期：２０１５．４．２８］ 结合手动输入和参考经验值等方法进行合理补偿调节，使供暖
