近20年来.制冷与空调自动化技术发展很快,除应用经典的自动控制理论外,现代控制论、模糊控制技术、数字化控制技术、神经网络理论均开始应用于本领域。概括地说,目前制冷与空调自动化已逐步转向计算机化、数字化。为了提高制冷与空调设备的整体水平,各国均投入了大量人力、物力,研究对于制冷与空调设备的最优控制。归纳起来,制冷与空调自动化领域的关注热点如下:
(1)更加重视制冷与空调装置的节能控制。制冷与空调装置的耗能在世界经济中所占的比重日益增加,在发达的工业国家,这一部分能耗占总能源消耗的1/30。20世纪六七十年代,制冷与空调装置的自动控制及安全保护系统设计,虽然也考虑了一般方法的能量调节,但考虑较多的还是保证制冷与空调装置各参数达到所要求的运行值并保证安全运行,较少考虑整个装置系统的合理匹配而形成节能运行。所采用的控制系统都是一个个独立的控制回路,如蒸发器供液量控制、吸气压力控制、库温控制及制冷压缩机自身的能量卸载调节等。近年来,制冷界为了提高制冷与空调装置的节能水平,从自动控制原理、仿真优化理论和计算机集成控制角度出发,分析制冷与空调装置各个设备、各个参数的数学模型,用动态、分布参数及参数向定量祸合的观点分析,建立制冷装置与空调系统的数学模型,进而进行仿真优化,从装置与系统的总体性能出发,寻找制冷装置与空调系统各部件参数与尺寸的最佳匹配设计方案,其主要目的是从装置与系统内部设计出发,达到节能的目的,提高经济性。
新的节能控制方案,对传统的制冷自控元件与结构型式提出了新的要求,既要求保持制冷自控元件结构上的高密封性、小尺寸、价格低廉的优点,又要求能以电信号进行输入与输出,形成所谓的微处理器型制冷自控元件,并可以和常规电子控制器兼容。
评定制冷与空调装置品质的好坏,除了其质量、尺寸、自动化程度、价格等指标外,制冷量与耗电量成了特别受人关注的及商业竞争的指标,这也推动了制冷与空调装置节能控制技术的发展。
(2)注重制冷设备动态特性的研究。通过制冷装置动态特性的研究,把制冷与空调装置及其自动化技术的理论基础,从传统的静态特性转到动态特性上来,以便为制冷与空调装置及其各部件的最佳匹配(优化)设计提供基础,寻找合适的制冷装置(包括热泵)的数学模型,为计算机控制制冷循环提供必要条件。
(3)控制方法与制冷、空调自控元件进入更新换代时期。从20世纪初制冷装置开始采用最原始的自控元件(热力膨胀阀),至60年代后期,自控元件结构型式有较多变化,但从控制方法上归纳,大多沿用经典控制方法中的双位控制,如温度继电器、压力继电器、油压差继电器、液位继电器和各类电磁阀,以及直接作用式比例控制器,如热力膨胀阀、旁通能量调节阀、吸气压力调节阀、背压调节阀等。采用上述简单控制方法形成的制冷控制仪表,具有简单、可靠、价廉的特点,但控制精度和灵敏度较差。
为提高制冷与空调自动控制系统的控制精度,20世纪70年代比例积分控制器应用于制冷装置及冷库库温控制。为适应制冷与空调系统负荷干扰大的要求,又发展了抗干扰、抗饱和的比例积分控制器。为了应对制冷系统中许多对象热惯性大、中间环节多、时间迟延长以及控制系统中变化剧烈、辐值较大的干扰作用,又要求较高的控制精度,在冷库库温控制中引入了串级控制与补偿控制,并完善了密封性良好的专用电动执行器,使冷库温度控制系统的静态控制精度首次达到了土0.1℃的水平。
隔膜阀型的电动执行器,解决了中大型制冷装置制冷剂回路的执行器密封性问题,使计算机控制(包括电子控制器)在制冷循环中的应用成为可能。
计算机技术迅速发展并逐步渗入到制冷与空调自动控制领域。特别是空调系统不涉及特殊的密封问题,计算机控制的应用推广尤为迅速,从一般的温、湿度控制,发展到功能记忆及计算机的远程监控进而使空调参数控制智能化和楼宇控制智能化成为可能。
制冷装置自动控制系统也开始从单回路并联逐步向多参数的计算机综合控制发展。由于新的制冷自控元件的推出,最优化控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等技术也开始从实验室阶段转入工业实践。各种驱动型式的电子膨胀阀的问世,实现了计算机对制冷循环的控制。制冷系统新型控制方法的研究与实践已成为研究热点,而变频技术的小型化、商业化又推动了这一热点的发展。制冷与空调装置的计算机综合控制的实现,大大提高了制冷装置与空调系统的性能参数与经济指标,提高了制冷与空调装置作为商品的附加值.设备的可靠性、使用的方便性及舒适性亦大为改善。
(4)电子膨胀阀进入广泛实用阶段。电子膨胀阀的应用,使计算机控制深入制冷.与空调行业。在此之前,计算机控制停留在对房间温、湿度及静压的控制,对制冷循环则无法涉足,原因是缺少一种控制元件,既要能完成制冷剂的流量节流与控制,又能和计算机实现电信号的交换。电子膨胀阀的问世,解决了这个问题。从此,计算机控制真正深入到制冷循环过程中,使制冷与空调的自动化有了新的飞跃。
由于电子膨胀阀进入广泛实用阶段,使制冷循环能够运行在较高的效率下,蒸发器过热度控制精度大幅度提高,冷凝压力也受到控制,使制冷装置的能效比获得大幅度的提高。因此有理由说,由于电子膨胀阀的发展,解决了计算机控制深入制冷循环的密封问题与电信号交换问题,为新一代制冷与空调自控元件的发展奠定了基础,为制冷装置计算机控制的实现创造了条件。