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小型变容量空调系统控制技术在日本的研究进展

1 前言 小型空调系统一般是指家庭和办公室所使用的蒸气式热泵空调系统,即称之的房间空调器和柜式空调机。以前对小型空调系统的研究重点集中在空调系统的优化设计、节能节材、提高空调系统的额定制冷量和能效比方面。随着人们生活水平的提高,人们对系统的节能和室内空气品质(IAQ)提出了更高的要求。 近年来,随着电子技术、微电脑技术、变频技术和控制理论的发展,小型空调系统得到迅猛的发展,特别是在其控制技术方面取得了长足的进步[1]。①压缩机变频调速技术的实用化;②用于调节制冷剂流量的电子膨胀阀开发成功,实现了制冷循环的状态控制;③微电脑的集成度提高,从8bit进步到16bit;④能够精细控制电力的功率器件开发成功;⑤传感技术发展迅速,已开发辐射温度传感器、人男装外套体方位红外传感器和人体舒适性温感传感器;⑥模糊理论、人工神经络、遗传算法、混沌理论等新的控制理论开始应用于小型空调的控制系统。由于以上六个方面的技术进步,小型空调系统在以下几方面取得了发展:①空调系统根据室内负荷大小自动调节其容量,减少了压缩机的启停损失,具有较好的节能效果;②室温得到了精细调节,改善了室内空气品质;③由于放宽了室内外机的高差限制,故扩大了设备安装的自由度;④空调系统的操作更为简便,可靠性得到了进一步提高。 多元VRV(Varied Refrigerant Volume)空调系统是由一台变频压缩机(或一台变频压缩机和多台定速压缩机组合)和多台室内机相连的冷剂式空调系统,由于各室内机的运行模式、风速等可由用户自由设定,所以空调系统的容量变化范围很宽,其控制具有相当的难度。为适应室内机的负荷变化,采用电子膨胀阀进行制冷剂流量控制和制冷循环状态量控制;采用相应技术解决了多台压缩机并联运行时的均油控制问题;且将先进的通信技术应用于大型多元VRV空调系统的运行监测、故障诊断系统中。在房间空调器方面,更偏向于室内舒适性控制方面,已经开始采用辐射传感器、人体方位传感器、温感传感器等,为空调器的智能化进程提供先进的传感手段。第1是电脑式万能材料实验机的安装及初步精度找正 在上述控制技术中,主要包括对制冷循环和组成空调系统的关键部件的控制技术两个方面。本文将介绍近年来日本在这两个方面的进展现状和今后的研究课题。 2 空调系统控制 空调系统控制包括对构成制冷循环的各要素及其整体的控制,随着微电脑、功率器件性能的提高,现代控制理论的应用,其控制方法也不断地得到更新和完善。 2.1 制冷循环控制 多元VRV空调系统的容量控制是指当系统各室内机侧热负荷改变时,制冷系统能相应提供与室内热负荷相适应的制冷(热)能力。针对此问题,参考文献[2]提出了采用能力分配和制冷循环状态量分别控制的模糊自适应控制方法。在热回收系统中,则采用根据系统吸、排气压力,应用模糊控制理论,从系统整体特性上调节室外机的压缩机转速和热交换器的换热量的自律分散协调控制方法。在自律分散协调控制方法中,室外机的控制几乎不需这就使得塑料包装在市场上的份额相应增加要室内机的信息,室内外机之间的通讯减少,简化了控制系统。 近年来,日本开发出了由多台室外机模块组成的大型多元VRV空调系统[3]。由于采用了多台压缩机并联,为确保压缩机油面稳定,采用了性能优良的油面传感器,此项技术的应用,取消了压缩机之间的粗大均压管和均油管,使模换热器块机组可自由扩大,减小了设备的施工难度,节省了大量管材。 CFC削减问题已成为当今环保问题中关注的焦点之一,由于VRV空调系统内容积大,制冷剂的充注量相对于同容量的冷水机组多,所以减少HCFC22的充注量也成为其研究课题之中大型车一。参考文献[2]提出了控制冷凝器出口制冷剂为两相状态,从而减少冷凝器和输液管路内制冷剂的存贮量。 2.2 室内环境的舒适性控制 空调系统的目的是为了提供一个舒适的工作、学习和生活环境。人体舒适性不仅取决于室内温度,而且受湿度、辐射热新骨瓷、气流、着衣量和活动量的影响,并与这些量随时间的变化速度有很大的关系。由于这些量的测量非常困难,参考文献[5]提出了采用人由于EVA发泡材料及其改质剂中有绝大部份是塑性材料工神经络,推定人体舒适度的方法。在室内气流方面,采用室内风速脉动控制,以增强室内环境的舒适性。 为判定房间内人员的位置,参考文献[6]提出了采用红外传感成像技术,通过人工神经络方法进行图象处理,以判定人员在房间的位置、状态或判定室内是否有人,根据判定结果,计算出人体舒适性指标PMV(Predicted Mean Vote)值。由于房间内各处的PMV值不尽相同,于是调整压缩机转速和室内风向及风量,改善室内不舒适区的PMV值,从而扩大房间的舒适性区域。 针对空调系统具有很强的非线性特征,近年来采用现代控制理论已获得了显著的效果。除模糊控制技术外,参考文献[7]还提出了基于遗传算法(GA)的控制设计方案。遗传算法是模拟生物遗传和进化过程的一种算法,是优化理论之一,利用此方法,高强度紧固螺栓性能试验机可设计出能同时保证系统的节能性、可