地下水源熱泵控制系統(tǒng)設(shè)1 (自動(dòng)保存的)

1、 地下水源熱泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要地下水源熱泵技術(shù)是一種有益于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，當(dāng)下正大力提倡低碳環(huán)保科技，地下水源熱泵正好以其節(jié)能、清潔無污染而受到了人們的重視，近些年得到了迅猛發(fā)展。因此，地下水源熱泵將是21世紀(jì)最受歡迎的采暖空調(diào)方式，而要讓整個(gè)地下水源熱泵系統(tǒng)安全 、高效節(jié)能的運(yùn)行，并有良好的控制性效果，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)良好的控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制。本文分析了地下水源熱泵系統(tǒng)的組成和工作原理，同時(shí)闡述了該系統(tǒng)的節(jié)能方式以及變頻技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用。分析了模糊控制理論和PID控制理論的原理，然后結(jié)婚水源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)化組合了模糊算法和PID算法并應(yīng)用為系統(tǒng)的控制算法，這種算法的控制

2、效果良好而且適應(yīng)性較強(qiáng)。本設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)的地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)小而功能靈活，較PLC設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)價(jià)格便宜。系統(tǒng)是根據(jù)用戶端進(jìn)回水溫差來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，溫度測(cè)量是通過溫度采集轉(zhuǎn)換電路完成的。并通過LCD1602顯示溫度等參數(shù)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組的自行運(yùn)行，空調(diào)房間溫度的自動(dòng)控制和機(jī)組各部件的運(yùn)行保護(hù)。該控制系統(tǒng)可以通過串口與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)來達(dá)到良好的控制效果。關(guān)鍵詞 水源熱泵；單片機(jī)；組合模糊PID；ADC0809第 1 章 緒 論 1.1 選題背景及研究意義能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。今天,全球經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和人口增多導(dǎo)致對(duì)能源的需求與日俱增&

3、quot;能源的重要性被提到了一個(gè)前所未有的高度,能源和環(huán)境問題在世界各國(guó)引起了廣泛的關(guān)注。近年來,經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與低效率的能源使用之間的矛盾使得我國(guó)的能源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻,盲目追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度!不注重環(huán)保,使得我國(guó)的生態(tài)環(huán)境不堪重負(fù)"因此,在當(dāng)前形勢(shì)下,調(diào)整和改善能源結(jié)構(gòu)的任務(wù)十分艱巨,而提高能源利用率!大力開發(fā)利用可再生能源是解決我國(guó)能源與環(huán)境問題的重要途徑之一。為了滿足人們對(duì)室內(nèi)空氣的舒適性要求,現(xiàn)代建筑中越來越多地使用了中央空調(diào)系統(tǒng)"中央空調(diào)是由一臺(tái)主機(jī)通過風(fēng)道過風(fēng)或冷熱水管連接多個(gè)末端的方式來控制不同房間以達(dá)到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)目的的空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)的概念起源于美國(guó),因其

4、設(shè)備性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、舒適度高,逐漸得到了推廣應(yīng)用。中央空調(diào)氣流組織好,送風(fēng)溫差小,室內(nèi)溫度分布均勻,加上可以方便引入新風(fēng),可以有效預(yù)防夏季“空調(diào)病”的發(fā)生,及避免出現(xiàn)冬季室內(nèi)空氣過于干燥的情況。先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)可保證中央空調(diào)系統(tǒng)按照最佳的負(fù)荷匹配比高效率運(yùn)行,節(jié)能省電。地下水源熱泵是以地下水作為夏季熱泵制冷的冷卻源（冬季采暖供熱的低溫?zé)嵩矗?，?shí)現(xiàn)制冷、供熱的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)所使用的熱泵設(shè)備為水源熱泵機(jī)組。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱及空調(diào)已成為普遍的需求，由此帶來的能源供應(yīng)緊張已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國(guó)面臨的一個(gè)共性問題?？照{(diào)系統(tǒng)需要消耗大量的電能和燃料，據(jù)調(diào)查

5、表明在發(fā)達(dá)國(guó)家中，供熱和空調(diào)所消耗的能源占到社會(huì)總能耗的25%30%（美國(guó)，日本），有的國(guó)家甚至達(dá)到總能耗的40%（瑞典），并且空調(diào)消耗的能量持續(xù)以4%5%的速度增長(zhǎng)，因此空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能始終是建筑環(huán)境與設(shè)備領(lǐng)域的重要研究課題之一。 在我國(guó)，家用空調(diào)器擁有量已經(jīng)超過一億臺(tái)，同時(shí)每年以21%的速度增長(zhǎng)，商業(yè)中央空調(diào)和家用空調(diào)變得更加普及。空調(diào)所消耗的電能占城市消耗的總電能正在逐年上升，已經(jīng)成為電網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)過快的重要因素。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)是主要依靠礦石燃料，特別是煤炭。而礦石燃料在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，包括大量SO2、CO、NOX等有害氣體，以及CO2等溫室氣體。因此，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的今天

6、，空調(diào)普及所帶來的節(jié)能與環(huán)境問題，已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要議題。地下水源熱泵技術(shù)是以“開發(fā)和強(qiáng)化高質(zhì)能源利用率的重要手段”，同時(shí)也是“獲得可再生能源及維護(hù)生態(tài)平衡的有效途徑之一”。該技術(shù)越來越受到全世界的關(guān)注，因?yàn)榈叵滤礋岜每梢岳米匀唤绲推肺荒茉矗ǖ叵滤┳鳛槠淅錈嵩?，還可以回收建筑物內(nèi)部的熱量及各種余熱，這些熱源的溫度較低，一般的工業(yè)過程和生活過程中很難利用起來，可是通過熱泵系統(tǒng)就可以提高，從而向生活和生產(chǎn)過程中提供有用的熱量。而且熱泵機(jī)組以電力驅(qū)動(dòng)，采用熱泵原理吸收大地的熱量供熱（吸收室內(nèi)熱量制冷），消除了常規(guī)鍋爐供暖中所造成的環(huán)境污染，因此地下水源熱泵是一種清潔、低碳、高效

7、、節(jié)能的空調(diào)產(chǎn)品。而所謂熱泵,其實(shí)是一種能量提升裝置,它能實(shí)現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩吹礁邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。地下水源熱泵系統(tǒng)通過輸入少量的高品位能源(如電能),來提取蘊(yùn)藏在地下的低品位地?zé)崮茉?提升品位之后加以利用,以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱、制冷及熱水供應(yīng)。冬季的時(shí)候,它從地能中“取”出熱量,提高溫度后以熱風(fēng)的形式供給室內(nèi)用于采暖的目的,這時(shí)地能為“熱源”,起到了鍋爐的作用"夏季的時(shí)候,它將室內(nèi)的熱量“取”出來釋放到地下水或土壤中去以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的降溫,這時(shí)地能為“冷源”,起著冷卻塔的作用。地下水源熱泵一年四季運(yùn)行工況穩(wěn)定,不需要其它輔助熱源及冷卻設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)冬季供熱和夏季供冷。通常地下水源熱泵消耗I

8、KW的能量,用戶可以得到45KW以上的熱量或冷量,是名副其實(shí)的節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)。而且地下水源熱泵系統(tǒng)在供暖和制冷的同時(shí),還可提供生活熱水,即用一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng),具有一機(jī)多用的功能。在空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中,室內(nèi)多余熱量或冷量的排放對(duì)象均是室外空氣。當(dāng)城市中大量使用空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)時(shí),將使得夏季環(huán)境溫度更高、冬季環(huán)境溫度更低。室內(nèi)環(huán)境的舒適與室外環(huán)境的惡劣成為一對(duì)矛盾"而地下水源熱泵利用的是地?zé)崮茉?故減少了常規(guī)能源的消耗,又不污染環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能減排。地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)將室內(nèi)的熱量或冷量“轉(zhuǎn)存”到地下,因而不會(huì)引起室外空氣溫度的變化,避免了

9、使用空調(diào)時(shí)對(duì)環(huán)境溫度造成的“熱污染”或“冷污染”,具有顯著的環(huán)境效益。因此,利用地下水源熱泵技術(shù)開發(fā)淺層地?zé)崮苁且环N既節(jié)能減排、又不污染環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展道路。地下水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的能量來源于自然能源,不向外界排放任何廢氣!廢水!廢渣,被認(rèn)為是目前可使用的對(duì)環(huán)境最友好和最有效的供熱!供冷系統(tǒng),可應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場(chǎng)、別墅、住宅等領(lǐng)域,前景廣闊。1.1.2 論文的研究目的和意義從世界范圍來看,地下水源熱泵技術(shù)發(fā)展的歷史不長(zhǎng),地下水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的推出時(shí)間也相對(duì)較晚。國(guó)內(nèi)對(duì)地下水源熱泵的研究和應(yīng)用起步比起國(guó)外更晚,在產(chǎn)業(yè)上還不規(guī)范,在技術(shù)和應(yīng)用上也還存在不少問題,

10、而且由于中國(guó)南北差異大,在該技術(shù)的進(jìn)一步推廣和完善上還有很多工作要做"其中較為突出的問題之一就是目前地下水源熱泵采用的控制系統(tǒng)能耗較大,效率不高,可擴(kuò)展性不強(qiáng),特別是在溫度的控制上還不具備自適應(yīng)的能力,很難做到既滿足空調(diào)的舒適度要求,又最大限度的節(jié)約能源。在目前的地下水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)中,為保證極端情況下也能滿足用戶的需求,控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和水泵等設(shè)備的選型均是按最不利工況進(jìn)行的,在設(shè)計(jì)中留有一定的余量。而在實(shí)際生活中,由于季節(jié)因素、地下水源熱泵中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)研究晝夜溫差和用戶負(fù)荷的變化,在絕大部分時(shí)間內(nèi)實(shí)際的空調(diào)負(fù)載都遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)載要低。因此,目前的地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)大多數(shù)時(shí)

11、間都是在部分負(fù)荷下運(yùn)行的,即處于輕載運(yùn)行狀態(tài)。為適應(yīng)最不利情況下的負(fù)荷量,地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的水泵一年四季都是在額定的工況下工作,這樣要適應(yīng)負(fù)荷的變化就只能通過節(jié)流來降低水流量,而使得水泵大部分功耗用于克服節(jié)流閥的阻力上,浪費(fèi)了水泵運(yùn)行的輸送能量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算一般空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20%一30%因此,要降低整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗,應(yīng)當(dāng)在降低部分負(fù)荷時(shí)水系統(tǒng)的輸送能量上下功夫。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)、電子監(jiān)測(cè)技術(shù)以及變頻技術(shù)的飛速發(fā)展,加強(qiáng)對(duì)熱泵系統(tǒng)溫度控制和節(jié)能的研究,提高熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率、減小維護(hù)成本,是地下水源熱泵空調(diào)普及過程中函待解決的問題。本文的研究目的就是設(shè)計(jì)一套節(jié)

12、能并且在溫度控制上自適應(yīng)程度較高的地下水源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)最大程度上的節(jié)能運(yùn)行。在全球能源供應(yīng)日益緊張的情況下,改進(jìn)地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)控制方案以實(shí)現(xiàn)節(jié)能無疑具有現(xiàn)實(shí)意義。1.2 地下水源熱泵空調(diào)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀從世界范圍來看，地下水源熱泵技術(shù)發(fā)展的歷史不長(zhǎng)，地下水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的推出時(shí)間也相對(duì)較晚。地下水源熱泵技術(shù)最早是瑞士工程師 Zoelly 發(fā)明的一項(xiàng)專利，最初只是作為一種新能源利用方式的概念并沒有在實(shí)際工程中應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，經(jīng)濟(jì)條件較好，住房面積大，戶式中央空調(diào)早已成為一種家庭消費(fèi)必需產(chǎn)品，例如，在美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)的家庭中，有 85%

13、以上的家庭在選購空調(diào)產(chǎn)品時(shí)會(huì)首選戶式中央空調(diào)。美國(guó)人是最早發(fā)明地下水源熱泵的，當(dāng)時(shí)是根據(jù)建筑物的面積、使用要求，周圍場(chǎng)地及地質(zhì)條件等諸多因素來設(shè)計(jì)和優(yōu)化方案，由于土壤源熱泵的初投資高、計(jì)算復(fù)雜以及金屬管的腐蝕等原因，早期的地下水源熱泵中土壤源占的比例比較小，主要以地下水源熱泵為主。地下水源熱泵是美國(guó)政府極力推廣的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，地下水源熱泵占整個(gè)空調(diào)總量的 20%，與現(xiàn)存的用電供熱/制冷技術(shù)相比，具有穩(wěn)定性好，可靠性高，費(fèi)用少的優(yōu)勢(shì)。美國(guó)地下水源熱泵空調(diào)已成為空調(diào)行業(yè)內(nèi)發(fā)展最為迅猛的系統(tǒng)，目前在商業(yè)建筑空調(diào)設(shè)備的保有量中，其市場(chǎng)份額已超過 20%，而在新建筑中的選用比例已超過35%，美國(guó)能源部的

14、目標(biāo)是每年地下水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用達(dá)到 40 萬套；未來幾年，由美國(guó)能源部，環(huán)保署，愛迪遜電力研究所聯(lián)合設(shè)立的美國(guó)地下水源熱泵協(xié)會(huì)(GHPC)將投資一億美元，專門用于地下水源熱泵的研究，開發(fā)及推廣工作。在中北歐的瑞士、瑞典、奧地利、丹麥等國(guó)家，地下水源熱泵（土壤換熱器）技術(shù)利用處于領(lǐng)先地位，地埋管土壤換熱器熱泵得到廣泛的應(yīng)用。從地下水源熱泵應(yīng)用情況來看，北歐國(guó)家主要偏重于冬季采暖，而美國(guó)則注重冬夏聯(lián)供。在國(guó)外面積超過 100M2以上的住宅以及別墅在不斷增加，介于大型中央空調(diào)系統(tǒng)與家用空調(diào)之間的空白點(diǎn)便顯露出來，作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)，戶式中央空調(diào)在國(guó)外的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，它在美國(guó)的占有率已經(jīng)超過 70% ，

15、在日本超過 50% 。從普通制冷、供暖、供生活熱水，到地暖地板，以及空氣質(zhì)量要求很高的凈化空調(diào)，地下水源熱泵系統(tǒng)都能提供最佳方案滿足業(yè)主要求。1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀雖然我國(guó)在 20 世紀(jì) 5060 年代時(shí)就有過熱泵的研究和實(shí)驗(yàn)，但地下水源熱泵在當(dāng)今中國(guó)的大發(fā)展勢(shì)態(tài)，是受世界影響在 2000 年前后引入我國(guó)，再迅速爆發(fā)而成。北京是最早開發(fā)利用地下水源熱泵的城市之一，20 世紀(jì)末北京開始出現(xiàn)首批地下水源熱泵工程。地下水源熱泵在世界的利用，2000 年是 26 個(gè)國(guó)家，2005 年是 33 個(gè)國(guó)家，2010年已達(dá) 43 個(gè)國(guó)家。近 15 年來，世界地下水源熱泵的應(yīng)用集中在北美和歐洲，但這些年來中國(guó)

16、的發(fā)展已超越了許多國(guó)家，跨入世界前列，2010 年世界地下水源熱泵應(yīng)用的前 5 個(gè)國(guó)家排名是美國(guó)、中國(guó)、瑞典、挪威和德國(guó)，如今中國(guó)已躍居世界第二位。2007 年，河北省將地下水源熱泵列入電力需求側(cè)管理補(bǔ)貼項(xiàng)目。其中補(bǔ)貼項(xiàng)目包括：變頻技術(shù)、雙蓄技術(shù)和地下水源熱泵技術(shù)。地下水源熱泵作為一種利用可再生能源的空調(diào)系統(tǒng)，具有節(jié)能和環(huán)保的雙重效益， 因此，我國(guó)已將地下蓄熱技術(shù)和高效熱泵同時(shí)列入世紀(jì)最有發(fā)展前途的新技術(shù)。20072010 年，地下水源熱泵項(xiàng)目達(dá)到 76 家單位，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2010 年 4 月在印度尼西亞巴厘島舉行的世界地?zé)岽髸?huì)公布的數(shù)據(jù)顯示，世界地下水源熱泵的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)

17、超出了地?zé)嶂苯永煤透邷氐責(zé)岚l(fā)電的發(fā)展速度。地下水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，即一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)，節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，將引導(dǎo)地下水源熱泵在今后數(shù)十年的繼續(xù)大步發(fā)展。第 2 章 地下水源熱泵系統(tǒng)及控制原理2.1 地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)相比較，具有以下特點(diǎn)：1.使用的能源可再生而且對(duì)環(huán)境無污染，符合可持續(xù)發(fā)展觀的要求。地源熱泵系統(tǒng)采用淺層的地?zé)豳Y源，制冷時(shí)不需要冷卻裝置，可以避免采用冷卻設(shè)備時(shí)的噪音過大問題，有效地降低空調(diào)系統(tǒng)的噪音污染；制熱時(shí)不需要取暖鍋爐，所以可避免燃料燃燒帶來的環(huán)境污染問題。2.地源熱

18、泵技術(shù)是一種節(jié)能效率較高的技術(shù)，運(yùn)行費(fèi)用較低，僅為傳統(tǒng)中央空調(diào)的一半左右。地溫在冬季高于大氣溫度，夏季低于大氣溫度，像海洋一樣保持一種恒溫狀態(tài)，為中央空調(diào)系統(tǒng)提供了一種很好的冷卻和取熱途徑，而且這一特性使地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)組的運(yùn)行能效優(yōu)于傳統(tǒng)中央空調(diào)的能效，大大的降低了成本。3.舒適度和自動(dòng)化程度較高。采用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的建筑物內(nèi)溫度比較穩(wěn)定，設(shè)計(jì)時(shí)還兼容了室內(nèi)通風(fēng)需求，可靠地保證了室內(nèi)溫度適宜和空氣新鮮。系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，幾乎不需要人工調(diào)節(jié)，運(yùn)行安全穩(wěn)定。4.系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于管理和維護(hù)，故障點(diǎn)少，維修工作方便簡(jiǎn)單。5.使用靈活，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)供熱和制冷不同功能需

19、求，并能滿足提供生活熱水等功能要求。一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替代原來的鍋爐加空調(diào)的兩套系統(tǒng)；可用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖與制冷。此外機(jī)組使用壽命長(zhǎng)，均在 15 年以上；機(jī)組緊湊節(jié)省空間。2.2 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)組成及工作原理2.2.1 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)組成地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是一種從地下土壤資源中提取熱量的高效、節(jié)能、環(huán)保、再生的供熱/供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成熱泵技術(shù)、暖通空調(diào)技術(shù)、配套地質(zhì)勘查技術(shù)于一體，在相對(duì)穩(wěn)定的土壤溫度下高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是由室內(nèi)空氣處理末端系統(tǒng)、地源熱泵中央空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)與室外地下埋管系統(tǒng)等三部分組成。當(dāng)為用戶

20、提供制冷功能時(shí)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)把用戶室內(nèi)多余的熱量通過地源熱泵中央空調(diào)主機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)移到地下熱源中，以滿足用戶制冷需求。當(dāng)為用戶提供制熱功能時(shí)，地源熱泵系統(tǒng)從地下熱源中提取低品位能量，通過中央空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)組（熱泵）“泵”送到高品位熱源，以滿足用戶的制熱需求。用戶（室內(nèi)末端）系統(tǒng)由用戶側(cè)水管系統(tǒng)、循環(huán)水泵、水過濾器、相應(yīng)末端空氣處理設(shè)備、靜電水處理儀、膨脹穩(wěn)壓設(shè)備和各個(gè)閥門配件等組成。地源熱泵中央空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、四通閥、壓縮機(jī)組，各制冷管道配件和相應(yīng)的電力控制系統(tǒng)組成。地下埋管系統(tǒng)由地下埋管、循環(huán)水泵、水過濾器、閥門等組成。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)類似，系統(tǒng)

21、組成原理如圖 2-1 所示。差異在于：傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)是由單冷冷水機(jī)組、冷卻裝置、循環(huán)水泵以及供熱系統(tǒng)組成；地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)則由壓縮機(jī)組和循環(huán)水系統(tǒng)組成，水冷卻通過埋管與地溫進(jìn)行交換的方式實(shí)現(xiàn)。地源熱泵的環(huán)路主要包括：冷卻循環(huán)水環(huán)路、制冷劑環(huán)路、冷凍水環(huán)路。冷卻水環(huán)路實(shí)現(xiàn)了依托地溫散熱、制冷目的。圖2-1 地源熱泵系統(tǒng)原理框圖2.2.2 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理地源熱泵是利用淺層地能進(jìn)行供熱制冷的新型能源利用技術(shù)，是熱泵的一種，熱泵是利用卡諾循環(huán)原理轉(zhuǎn)移冷量和熱量的設(shè)備，地源熱泵通常是指轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方。作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處一樣，熱量也總是從

22、高溫處流向低溫處。但是熱泵的發(fā)明，猶如水泵把水從低處抽到高處一樣，將熱量從低溫處轉(zhuǎn)移到高溫處。所以熱泵實(shí)質(zhì)是一種熱量提升設(shè)備，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中存儲(chǔ)的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的能量?jī)H為供熱量的三分之一左右，這是熱泵節(jié)能的優(yōu)勢(shì)所在。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行原理分為制冷和制熱兩部分。制冷時(shí)，地源熱泵的壓縮機(jī)組對(duì)內(nèi)部的冷媒循環(huán)介質(zhì)做功，使冷媒在汽、液兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)化下進(jìn)行循環(huán)。當(dāng)冷媒通過蒸發(fā)器完成液態(tài)到氣態(tài)的轉(zhuǎn)化吸收風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中所攜帶的熱量；當(dāng)冷媒循環(huán)通過冷凝器時(shí)完成氣態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變釋放熱量到室外埋管系統(tǒng)的水循環(huán)中，最終釋放到地源中。制熱時(shí)，壓縮機(jī)組對(duì)冷媒

23、做功，并通過四通閥使冷媒的流動(dòng)方向改變。由地下的水路循環(huán)吸收土壤、地表水、或地下水中的低品位熱量。通過冷媒在冷凝器內(nèi)的蒸發(fā)過程，把循環(huán)水中的能量轉(zhuǎn)移到流動(dòng)的冷媒中，這是冷媒的蒸發(fā)吸熱過程；在另一半循環(huán)回路中冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)冷凝，把冷媒中的熱量轉(zhuǎn)移到循環(huán)水中。整個(gè)循環(huán)過程中由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)在蒸發(fā)器處吸收冷媒冷凝所釋放的熱量，從而完成熱量傳向室內(nèi)的最后過程。由以上過程可以看出地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是通過電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組實(shí)現(xiàn)能量由低品位熱源向高品位熱源的轉(zhuǎn)移從而達(dá)到節(jié)能效果的。當(dāng)蒸發(fā)器處于建筑物內(nèi)，冷凝器處于建筑物外時(shí)，實(shí)現(xiàn)制冷效果；當(dāng)蒸發(fā)器處于建筑物外，冷凝器處于建筑物內(nèi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)制熱效果。實(shí)際情況是設(shè)備

24、機(jī)組中配置了兩個(gè)換熱器，這兩個(gè)換熱器都可以既做冷凝器又做蒸發(fā)器使用。設(shè)備中有一個(gè)四通閥實(shí)現(xiàn)換熱器選擇冷凝器還是蒸發(fā)器功能，實(shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組對(duì)建筑物內(nèi)的制冷或制熱功能。 第 3 章 空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算3.1夏季冷負(fù)荷計(jì)算3.1.1溫差傳熱形成的冷負(fù)荷南外墻冷負(fù)荷 式中：傳熱系數(shù)， 取；面積， ?。粫r(shí)間延遲， 取；作用時(shí)刻下的計(jì)算溫差；作用時(shí)刻，即為二十四小時(shí)制的21點(diǎn)；冷負(fù)荷溫差t的總修正值，包括地區(qū)修正和室溫修正兩項(xiàng)。對(duì)于外墻，濟(jì)南市的地區(qū)修正值為3。室溫修正值，所以=3+1=4。計(jì)算負(fù)荷Q時(shí)采用的t計(jì)算值，應(yīng)等于表列t值加上總修正值。所以 同理可計(jì)算出各個(gè)方向的墻面的逐時(shí)冷負(fù)荷。其他各房間的各項(xiàng)溫差傳熱冷負(fù)荷的計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果已列于附錄中。（見附錄1 夏季冷濕負(fù)荷計(jì)算表）3.1.2太陽輻射形成的冷負(fù)荷透過窗戶的太陽輻射熱形成的冷負(fù)荷計(jì)算過程見附錄。見附錄1 夏季冷濕負(fù)荷計(jì)算表其中，窗戶的構(gòu)造修正系數(shù)=0.69和內(nèi)遮陽系數(shù)=0.6。 一層 南外窗冷負(fù)荷 式中：內(nèi)遮陽系數(shù)，取0.6； 計(jì)算時(shí)刻下，透過有內(nèi)遮陽設(shè)施外窗的太陽輻射負(fù)荷總強(qiáng)度，南外窗為52W/m2。2.1.3室內(nèi)發(fā)熱量形成的冷負(fù)荷室內(nèi)熱源形成的冷負(fù)荷計(jì)算過程見附錄。見附錄1 夏季冷濕負(fù)荷計(jì)算表其中單位人體的顯熱散熱量q1=65W，室內(nèi)人