题目：氨气制冷系统的能效评价 及节能控制的研究

 

为了实现国家 “十二五”规划确立的节能指标，制冷系统正在朝着节能高效的方向发展，目前，高效环保制冷剂和压缩机等系统设备开发为主的基础研究，系统故障的检测、诊断与预测，系统节能运行技术的研究与应用是制冷系统的三个主要的研究方向。结合国内外的研究现状，上述研究工作主要集中在民用和商业制冷领域，受安全事故责任、生产任务要求以及实际系统庞杂等因素影响，以氨气制冷系统为主的工业制冷领域的相关研究工作开展较少。

当前大型工业氨气制冷系统主要存在如下几个问题：系统实时运行能效状态不清，尤其是无故障状态下，缺乏对其实际运行能效的评价及对比优化；末端制冷需求与实际供氨量的匹配不合理，造成系统能耗浪费严重，缺乏对未来需求关系变化的预测；当前系统的节能控制手段多以分散自律方法为主，整体性较差，实现麻烦，同时，系统的控制精度较低，动态性差，机组组合欠合理，节能高效的任务分配方法欠缺。针对以上问题，本文在如下几个方面展开研究。

氨气制冷系统的多学科建模与仿真。氨气制冷系统是属于机电液高度集成的一体化系统，其建模与仿真涉及传热、电气、液压、机械和控制等多学科领域。本文通过分析氨气制冷系统的基本工作原理及各部件的工作特性，完善了现有的模型结构，并借助AMESim和MATLAB进行了建模和仿真，通过分析对比各部件参数对系统能效变化的影响，确立了对系统能效变化影响较重要的15个参数。

氨气制冷系统能效评价体系研究。首先，依据氨气制冷系统的结构特点，结合仿真过程对比遴选的重要影响参数，构建了一种二维矩阵能效评价模型。其次，选取适合制冷系统的两种常见能效评价方法：层次-模糊评价法和信息熵法进行对比，在此基础上提出了基于最小二乘法的层次分析和信息熵组合权重的能效评价方法，经实际案例对比验证：该方法准确度高，相对误差小，结果变化趋势与实际情况一致性更高。最后，在以上研究基础上，给出了氨气制冷系统能效评价体系的实际应用实现步骤，该体系本身具有自学习和优化功能，随系统的节能运行调节进程，其不断更新，并推动控制系统的调整，使系统运行能效持续优化。

氨气制冷系统的供氨量预测研究。由于系统的制冷效果变化源于进入蒸发环节的供氨量的变化，准确有效的预测未来供氨量的需求将有助于系统提前调整，减少相应滞后带来的能耗损失。首先，仔细分析了实际系统供氨量的基本变化特征；其次，针对实际系统存在的数据丢失、短时信道错误或噪声引起的脉冲状尖刺、锯齿状波动等问题，提出了基于机理的缺失数据修补法和改进的小波模极大值去噪法，对数据进行及时修补和去噪平滑处理；最后，在综合比较各种预测方法的基础上，提出用基于改进的最小二乘支持向量机（LSSVM）对系统短期供氨量预测建模，并通过贝叶斯证据框架的三个准则对相关参数进行优化选择，实验表明，该方法建模时间短，预测精度高。同时将该功能开发为实际工程应用模块。

氨气制冷系统的节能运行研究。首先，通过分析当前系统常用控制方法的特点和存在的问题，提出了一种基于供氨量预测的双环控制方法，该方法内环以蒸发器供氨量需求为控制目标，外环以负荷冷冻水的温度变化为控制目标，一方面避免了系统常规控制造成的滞后能耗，另一方面又避免了预测误差或异常突变带来的控制偏离；其次，为提高系统控制精度和质量，提出了一种基于改进Elman网络的动态系统辨识方法和基于旋转矢量算法的控制器参数优化方法，保证了实际系统控制的稳定性和快速性，降低了辨识误差对系统性能的影响；最后，以实验平台中的螺杆式氨气制冷压缩机为研究对象，确立了其功率消耗特性，对由其组成的压缩机群，通过分析工作组合的能耗影响因素、约束条件，建立了机群运行能耗数学模型，并提出了基于改进离散粒子群算法的机群运行组合优化方法， 针对当前压缩机群压缩氨任务分配方法存在的不足，提出了基于改进的等微增率的机组压缩氨量实时分配方法，并通过实际案例验证了其节能效果。

大型氨气制冷系统能效专家管理系统的研制。融合计算机专家控制，数据库，网络通讯以及现场总线等开放技术，采用B/S（Browse/Server），C/S（Client/Server）相结合的结构，后台语言使用C#语言，前台使用 ASP.NET语言，数据库使用SQLSERVER2008，Db4o，数据通信使用WEBService 消息队列，设计开发了结构开放，人机接口友好的氨气压缩制冷能效专家管理系统。该系统设计了现场层、控制层、应用层三个层次，开发了9个软件功能组件，涵盖了从能效评价到节能运行优化以及精细化管理的多个应用要求，同时开发了主控柜、协控器、分控器等一系列硬件设备。实际现场应用验证，其环境适应能力强，运行稳定，性能可靠，节能效果明显，同时系统的自动化、智能化、信息化水平得到大大提高。