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提要 针对空调系统新风回风比固定的控制方式，本文提出了新风量随动的控制方式，就是根据室内CO2浓度对新风量进行控制，这样既能满足人们对舒适度的要求，又能达到节能的效果。以CO2的浓度作为控制对象，用模糊控制方法进行控制。
关键词：模糊控制；节能；CO2浓度
中图分类号：TP23 文献标识码：A
一、引言
在空调系统中，足够的新风量对于提供良好的室内空气品质保证室内人员的舒适感和身体健康有着直接意义。对于定风量系统来说，由于送风量在运行过程中始终保持不变，因此一旦新风量根据要求被设定，则在系统的整个运行期间都能满足要求。变风量系统不同，其送风量在运行过程中随着负荷减小而不断减少。（图1）
在非工业建筑中，由于在通常情况下室内人员是CO2唯一产生源，CO2的浓度不仅代表CO2本身作为污染物对室内空气的污染程度，而且还能反映室内人员的状况、人数及活动状况，能体现室内人员对新风的要求，因此本文将CO2浓度作为反映人员相关污染物的指示量。
CO2是人体呼出的气体，在主要有人散发有害气体的空调区域，当CO2浓度控制在规定浓度时，其他污染物浓度也基本上得到控制。另外，新风负荷在空调负荷中所占比例很大，在保证室内空气品质的条件下，尽可能减小新风量是很有意义的。
二、新风量的控制
1、控制系统模型的建立。一般情况下，CO2允许浓度值取0.1%（1000ppm），空调房间内每人所需新风量约为30m3/h左右。以某空调室为例建立被控对象数学模型。为了研究简化，设室内CO2浓度分布均匀，按照集中参数处理。根据质量守恒定律，单位时间内进入室内CO2的体积包括室内新风引入的CO2和室内人员新陈代谢释放的CO2，而单位时间内从室内排出CO2体积包括排风带走的CO2以及从窗缝泄露的CO2。与排风带走的CO2相比，泄露的少量CO2可以忽略不计。由于室内外气压要平衡，所以新风量等于排风量，所以可建立平衡方程：
V■＝QC■-QC■+R■+R （1）
式（1）中，V为房间体积，m3；C■为房间内CO2浓度（体积百分含量），×10-6；Q为单位时间内进入房间的新风量，m3/s；R■为房间内人CO2的散发率，m3/s；R为扰动。
设房间长、宽、高分别为10m、5m、3m，室内正常条件下40人工作；工作人员单位时间内呼出的CO2为0.02m3/h，CO2允许浓度值取1000×10-6；室外新风的CO2浓度为300×10-6；因为每人所需新风量约为30m3左右，房间内40人所需的风量为1200m3/h，考虑到人多时候的影响，设定新风阀全开时输入的新风量为1600m3/h，即0.44m3/s。以上数据带入式（1）可得：
150■＝300×10-6×Q-QC■+2.22×10-4+R （2）
R1＝■＝2.22×10-4 （3）
为了进一步简化计算，假定新风中CO2浓度为0，将0.03%×Q删掉，则式（2）可写为：
150■＝2.22×10-4-QC■+R （4）
2、模糊控制器模型的建立。对于室内CO2浓度模糊控制系统，确定其模糊控制器为双输入单输出的结构模式，以CO2浓度作为被控量，将浓度误差以及浓度误差变化率作为模糊控制器的输入和新风阀门的开度作为输出，CO2浓度设定值取0.1%，即0.001。将传感器测量到的CO2浓度值与设定浓度值进行比较，得到其误差以及误差变化率，经过模糊控制器进行模糊运算得到新风阀门开度的控制值，从而改变新风量，最终达到控制室内CO2浓度的目的。（图2）
图2中：e（k）＝r-y（k） （5）
ec（k）＝y（k）-y（k-1）（时间间隔T为1s） （6）
3、控制模型的仿真（表1）
表1中的模糊规则控制表是根据仿真数据总结得出的，模糊控制规则是整个模糊控制的核心，编写的时候是根据对象的特性进行编写，在CO2的模糊控制中，经过试验发现：误差对控制的影响远远大于误差变化率对控制的影响。所以，在制定规则时，首先考虑的是误差的情况；在调试过程中要不断地改变不合适的规则，进行规则的调试，直到控制曲线理想为止；表1中的规则是经调试后制定的，总共49条规则，将这49条规则输入规则编辑器中。
图3是用Matlab6.5中的Simulink进行仿真得到的，在这个控制中，为了简化模型，认为新鲜空气中CO2的浓度是0。（图3、4、5）
从图5可以看出，当加入扰动0.0001时，误差最大为10-4，考虑到最大扰动可以加到0.0002，量化的论域是［-6，6］，所以取Ke=30000。可以通过积累经验确定误差和误差变化率的范围，得到比较精确的范围，会大大增加控制的精度和提高控制器反应的灵敏度。
三、结论
用模糊控制算法对新风量进行控制，从试验的结果来看，比较理想，能够实现人多时风量增加，人少时风量减少，始终保持CO2的浓度为0.001，做到在保证舒适度的前提下实现最小的新风量控制，最大限度地节约能源。从曲线图可知，模糊控制的灵敏度特别高，能快速地将超调量降下来，减少人感觉不舒服的时间，快速地满足人的舒适度要求。
（作者单位：中原工学院电子信息学院）
主要参考文献：
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