Контур хладагента VRF-системы CITY MULTI производства Mitsubishi Electric Corporation позволяет объединять до 50 независимых внутренних блоков, и может обслуживать множество помещений с неодинаковой и меняющейся во времени тепловой нагрузкой. Пользователи могут по желанию включать и выключать любые внутренние блоки, изменять настройки температуры и скорости вентилятора, а в серии R2 даже выбирать режим работы — охлаждение или нагрев воздуха. Такое большое количество степеней свободы делает практически невозможным централизованное управление исполнительными устройствами системы.
Для стабильной работы требуется распределенное — децентрализованное — управление, когда отдельные компоненты системы наделены «собственным интеллектом» и способны принимать часть решений «на местах». Применительно к VRF-системам это означает, что наружный блок функционирует практически независимо от внутренних блоков. Его система управления имеет всего два целевых параметра: давление нагнетания компрессора Pd и давление всасывания Ps. Для обеспечения полной производительности внутренних блоков указанные давления должны быть близки к оптимальным значениям Pdt и Pst.
Оптимальные (целевые) значения давления нагнетания Pdt и всасывания Pst могут быть достигнуты путем изменения производительности компрессора с помощью инвертора и производительности теплообменника за счет подключения или отключения дополнительных секций или изменения скорости вентилятора. На рис. 1 изображен холодильный цикл. При увеличении производительности компрессора Qcomp площадь, ограниченная трапецией, увеличивается, давление нагнетания повышается, а давление всасывания снижается. При уменьшении производительности компрессора трапеция «сжимается», и перепад давлений уменьшается. Вторым управляющим воздействием является производительность теплообменника наружного блока. В режимах охлаждения или преимущественного охлаждения в нем происходит конденсация хладагента, и при улучшении теплообмена трапеция холодильного цикла перемещается вниз. В режимах нагрева воздуха или преимущественного нагрева теплообменник наружного блока выступает в роли испарителя, и при увеличении его производительности трапеция смещается вверх.
Зависимость изменения давления нагнетания компрессора Pd и давления всасывания Ps от изменения производительности компрессора Qcomp и изменения производительности теплообменника наружного блока AK можно записать в виде системы линейных алгебраических уравнений. Вся VRF-система будет работать в оптимальном режиме, если с помощью управляющих воздействий Qcomp и AK приводить давления нагнетания и всасывания компрессора к целевым значениям Pdt и Pst (рис. 2).
Система линейных алгебраических уравнений, указанная выше, дает множество решений, позволяющих приблизиться к целевым показателям давления с разной точностью. Из них выбираются несколько наборов, которые обеспечивают максимальную степень приближения. Далее к ним применяются заранее сформулированные нечеткие правила, основанные на базовых принципах работы VRF-систем и здравом смысле. Например:
- поддерживать давление нагнетания и всасывания близкими к целевым значениям Pdt и Pst;
- поддерживать постоянство давлений минимальными управляющими воздействиями, то есть по возможности, небольшими и плавными изменениями производительности компрессора и теплообменника;
- обеспечивать быстрое достижение целевых значений давления при запуске системы;
- предотвращать остановку системы в связи с превышением давления нагнетания;
- минимизировать электропотребление системы;
- при одновременной работе внутренних блоков в режимах охлаждения и нагрева, минимизировать производительность теплообменника наружного блока;
- при работе всех внутренних блоков в одинаковом режиме (охлаждение или нагрев воздуха), максимально задействовать теплообменник наружного блока.
Результаты моделирования управления производительностью компрессора Qcomp и теплообменника AK для достижения целевых значений давления нагнетания компрессора Pd и всасывания Ps представлены на рис. 3. Моделировалось управление системой серии R2, состоящей из четырех внутренних блоков. При этом дестабилизирующие воздействия происходили каждые 10 минут.
В первые 10 минут был включен один внутренний блок в режиме нагрева воздуха. В этот период Qcomp и AK определялись правилом «Обеспечивать быстрое достижение целевых значений давления при запуске системы». После достижения целевых значений давления применялось правило «Минимизировать электропотребление системы». По мере подключения дополнительных внутренних блоков, работающих в режиме нагрева воздуха, добавлялось требование «Максимально задействовать теплообменник наружного блока». На тридцатой минуте был включен четвертый внутренний блок в режиме охлаждения воздуха, таким образом, система перешла в смешанный режим. В этой ситуации главным стало правило «Минимизировать производительность теплообменника наружного блока», максимально используя утилизацию теплоты13 внутри системы. Особенно хорошо процесс утилизации стал заметен на сороковой минуте, когда затраты энергии на работу трех внутренних блоков (двух в режиме нагрева воздуха и одного в режиме охлаждения), оказались равны затратам на работу двух внутренних блоков в режиме нагрева.
Идея применения нечеткой логики для управления VRF-системами совсем не лежала на поверхности и не была очевидной. Требовалась инженерная проницательность и нестандартное мышление, чтобы разглядеть решение, а также доказать его эффективность. В 1992 году инженеры Mitsubishi Electric Corporation разработали методику, которую назвали F-VPM (Fuzzy Vector Pattern Matching), и провели компьютерное моделирование, которое подтвердило правильность подхода. Базовые принципы этого метода до сих пор используются в современных VRF-системах CITY MULTI.
Статья подготовлена ООО «Мицубиси Электрик (РУС)»
