地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)自動控制方案

1、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)自動控制方案Ver2014-031、系統(tǒng)概述地源熱泵是一種利用地表淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括土壤、地下水和江、 河、湖、海以及城市污水等）作為冷熱源的空調(diào)系統(tǒng)。它不但可以供冷、供熱， 而且可以提供生活熱水，一機(jī)多用的同時還具有高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)。淺層 地能一年四季相對穩(wěn)定，土壤與空氣的溫差一般為17，冬季比空氣溫度高， 夏季比空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源。這種溫度特性使得地源熱泵 比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%60%,因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40% 50%左右。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5KW以上的熱量或 4KW以上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型

2、空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)的能耗問題是大樓日常運(yùn)行成本控制的一大難題，整個暖通系統(tǒng)的 能耗將占大樓能耗的50%以上，目前，國家的建設(shè)綠色節(jié)能建筑、節(jié)能減排的 號召已經(jīng)非常明確，諦都科技城業(yè)主眼光比較遠(yuǎn)，從響應(yīng)國家號召，降低大樓日 常運(yùn)行成本，提高管理效率等方面進(jìn)行考慮，計劃對*項(xiàng)目的地源熱泵空調(diào)系 統(tǒng)配套自控系統(tǒng)。水泵的能耗，一般約占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的15-20%,因此采用變流量系統(tǒng)， 使輸送能耗歲流量的增減而增減，具有顯著的節(jié)能效益與經(jīng)濟(jì)效益；同時才有變 頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動，可以有效的延長電機(jī)的使用壽命?？紤]到變頻調(diào)速一 次投資較大，一般來講都是對節(jié)能效果最為明顯的關(guān)鍵部分采用變頻技術(shù)，比如 冷凍

3、水泵，冷卻水泵、熱泵機(jī)組等，使得業(yè)主的投資收益比最大化。*項(xiàng)目地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)冷凍水泵、冷卻水泵群控的使用將帶來以下明顯 效果：1、節(jié)省能源*項(xiàng)目需冷/熱量每個季節(jié)、每個月、每一天都不一樣，空調(diào)負(fù)荷的分布在 一年之內(nèi)是極不均衡的，設(shè)計負(fù)荷約占總運(yùn)行時間的6-8%。詳見下表：冷熱負(fù)荷（）75-10050-7525-5025運(yùn)行時間百分比（）10503010注：數(shù)據(jù)引自美國制冷協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)880-56而傳統(tǒng)的手動開關(guān)水泵的方式，不考慮大樓的需冷/熱量，采用全部啟動、 全部關(guān)閉的方式，在大多數(shù)時間里面都是非常浪費(fèi)能源的，而空調(diào)水泵的變頻調(diào) 節(jié)和群控將通過設(shè)置于前端的傳感器等設(shè)備采集溫度、流量等參數(shù)，根據(jù)

4、科學(xué)的 計算公式計算出*項(xiàng)目需冷量進(jìn)而空調(diào)水泵的啟動臺數(shù)和運(yùn)行頻率一一按需供 冷，將大大降低能耗，節(jié)約大樓日常運(yùn)行成本，從耗能大戶考慮節(jié)能，效果最為 明顯。2、保護(hù)設(shè)備和人身安全冷凍水泵、冷卻水泵等設(shè)備功率大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備昂貴，互相之間存在依 存關(guān)系，人為操作的誤操作率高，容易損壞設(shè)備，甚至造成人身傷害，而空調(diào)水 泵群控將通過合理的方式，按大樓的冷量自動啟動設(shè)備，并可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟啟 動，保護(hù)了設(shè)備，使設(shè)備運(yùn)行于最佳狀態(tài)，延長了設(shè)備的使用壽命，同樣可以起 到節(jié)約用戶投入目的。3、提高管理效率傳統(tǒng)的管理方式比較盲目，沒有具體的參數(shù)作為參考，而且都需要就地控制， 就地管理，而空調(diào)水泵群控將徹底改

5、變這樣的狀況，在監(jiān)控主機(jī)（可以設(shè)置于消 控中心等地，不需要設(shè)置于機(jī)組旁邊）上面可以直觀的查看機(jī)組的運(yùn)行情況、溫 度、水流量等參數(shù)盡收眼底，同時，空調(diào)水泵群控會將采集到的信號進(jìn)行處理、 分析，之后作出相應(yīng)控制動作控制水泵。水泵的運(yùn)行情況都會有記錄，讓管理者 有據(jù)可依，有數(shù)據(jù)可查，極大的提高了管理效率。2、設(shè)計依據(jù)GB/T 50314-2000智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB 50339-2003 智能建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范97X 700 智能建筑弱電工程設(shè)計施工圖集GB 50045-95高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范GBJ 16-95建筑設(shè)計防火規(guī)范GB 50116-98火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范GB 50166-9

6、2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范JGJ/T16-92民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范232-90 92裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范HG/T 20573-95分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定GBJ 131-90自動化儀表安裝工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)GB50303-2002建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范3、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)是以DDC為核心，對地源熱保系統(tǒng)的X臺冷凍水泵和X臺冷卻水泵 進(jìn)行節(jié)能控制，通過液晶屏顯示各水泵的狀態(tài)，顯示溫度、壓力和液體流量等參 數(shù)，各種參數(shù)可以進(jìn)行再設(shè)定，使得系統(tǒng)運(yùn)行更為合理。液晶屏上的仿真型圖形化操作界面可監(jiān)視整個空調(diào)水泵群控系統(tǒng)的運(yùn)行狀 態(tài)，提供動態(tài)圖形、工藝流程圖、實(shí)時曲線圖、記錄報表、監(jiān)

7、控點(diǎn)表、繪制平面 布置圖，以最貼近現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際情況的直觀的圖形方式顯示設(shè)備的運(yùn)行情況?？?根據(jù)實(shí)際需要提供豐富的圖庫，繪制平面圖或流程圖并嵌以動態(tài)數(shù)據(jù)，顯示圖中 各監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)，提供修改參數(shù)或發(fā)出指令的操作指示，提供多窗口顯示操作功能。 矩陣打印機(jī)可連續(xù)記錄報警打印輸出，保證報警記錄的連續(xù)性。具體監(jiān)控內(nèi)容如下:監(jiān)控設(shè)備數(shù)量監(jiān)控內(nèi)容冷凍水泵X臺啟停控制、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動狀態(tài)、頻率調(diào)節(jié)、頻率反饋冷卻水泵X臺啟?？刂啤⑦\(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動狀態(tài)、頻率調(diào)節(jié)、頻率反饋冷凍水供回水總管X供水溫度，回水溫度，回水流量，供水壓力，回水壓力冷卻水供回水總管X供水溫度、供水壓力冷凍水泵水泵開關(guān)控制水泵

8、運(yùn)行狀態(tài)水泵故障報警水泵手自動狀態(tài)顯示水泵頻率調(diào)節(jié)水泵頻率反饋水泵運(yùn)行時間記錄冷卻水泵水泵開關(guān)控制水泵運(yùn)行狀態(tài)水泵故障報警水泵手自動狀態(tài)顯示水泵頻率調(diào)節(jié)水泵頻率反饋水泵運(yùn)行時間記錄冷凍水供回水管供、回水溫度供、回水壓力水流量冷卻水供回水管供水溫度供水壓力通過空調(diào)自控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下控制功能：(1)、根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的時間表，按“遲開機(jī)早關(guān)機(jī)”的原則控制空調(diào)水泵 (包括冷凍水循環(huán)泵，冷卻水循環(huán)泵)的啟停以達(dá)到節(jié)能的目的。由于暫時沒有暖通管路圖，如果有需要，還可以對暖通管道上面設(shè)置的蝶閥 進(jìn)行控制，和水泵進(jìn)行聯(lián)動；(2)、冷凍水泵、冷卻水泵“群控”在冷熱源總管或者集水器、分水器上設(shè)置浸沒式液體溫度傳

9、感器，在回水總 管上面設(shè)置液體流量計，依據(jù)以下公式便可計算出大樓總的冷熱負(fù)荷：負(fù)荷計算：Q=Kx Mx (T1-T2)Q：負(fù)荷K：常數(shù)M：流量T1 ：回水總管溫度T2：供水總管溫度根據(jù)以上公式計算出大樓實(shí)際的需冷需熱量與每個冷凍水泵開啟所能提供的冷熱負(fù)荷相比較，用以決定是否開啟或者關(guān)閉某臺水泵，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這種控制策略即稱之為“群控”，由于大樓在一年四季中很少會運(yùn)行在最大負(fù)荷狀態(tài)，因此，根據(jù)大樓的實(shí)際需求來停止部分水泵，既不會影響到大樓的空調(diào)效果，有非常有效的節(jié)省了能耗。（3）、合理運(yùn)行，保護(hù)設(shè)備，延遲設(shè)備使用壽命自動累積設(shè)備的運(yùn)行時間，對設(shè)備實(shí)行交替運(yùn)行的方式，平均設(shè)備的使用時 間，這種方式

10、設(shè)備的使用壽命是最長，運(yùn)行的效率最高。在某個水泵發(fā)生故障的時候，系統(tǒng)會自動切換到備用泵，保證系統(tǒng)能穩(wěn)定不 間斷的運(yùn)行。（4）、頻率微調(diào)在負(fù)荷達(dá)不到要關(guān)閉一臺水泵，或者開啟一臺水泵的情況下，對水泵的運(yùn)行 頻率進(jìn)行微調(diào)，頻率降低的時候，水泵的功率以三次方的速率下降，節(jié)能效果非 常明顯。由于溫度、壓力和大樓的實(shí)際負(fù)荷需求是不斷變化的，因此頻率的調(diào)節(jié)是不 斷進(jìn)行的，人為是無法進(jìn)行這樣的控制的，本空調(diào)自控系統(tǒng)通過PLC內(nèi)部的PID 模塊，自動進(jìn)行計算，不斷輸出控制信號給變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證供回水溫度穩(wěn) 定在設(shè)定范圍內(nèi)，保證了大樓的空調(diào)效果。（5）、每臺水泵都有兩臺變頻器互相控制，保證每臺水泵都能獨(dú)立變頻

11、調(diào)節(jié)， 切換運(yùn)行。（6）、監(jiān)測冷凍水供水、回水總管溫度，冷卻水供水溫度監(jiān)測，自動生產(chǎn)趨 勢記錄曲線，可查看溫度是否維持在穩(wěn)定狀態(tài)，參數(shù)在液晶屏上顯示。（7）、監(jiān)測各水泵的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和手/自動狀態(tài)，在液晶屏上面顯 示。另外，如果水泵發(fā)生故障，軟件界面將進(jìn)行提示，所有報警信息自動存檔， 歷史數(shù)據(jù)可提供查詢。（8）自動累計各水泵的運(yùn)行時間，開列保養(yǎng)及維修報告?？赏ㄟ^聯(lián)網(wǎng)的方 式將報告直接傳送至有關(guān)部門。示意圖：CT1冷加塔水水疏;系統(tǒng)1#10.8C憐卻水水奇狀宓會卻供水期k匹冷卻塔拄制星期五j 20CS-S-20 15 33 17BAttak文件選拴此項(xiàng)演強(qiáng)斛助dovico1012洋陳站東段

12、150凝薪運(yùn)行時問東統(tǒng)伏位L#系沅運(yùn)行時同CT1冷加塔水水疏;系統(tǒng)1#10.8C憐卻水水奇狀宓會卻供水期k匹冷卻塔拄制星期五j 20CS-S-20 15 33 17BAttak文件選拴此項(xiàng)演強(qiáng)斛助dovico1012洋陳站東段150凝薪運(yùn)行時問東統(tǒng)伏位L#系沅運(yùn)行時同2力主機(jī) 2#冷沖至Q2#冷卻泵2#冷卻塔國1# 科IBI#彩冰至1#冷卻泵1#冷卻塔0.0 HZ冷卻塔I”nt扁頸壟0.0 HZ冷卻塔2“ nt扁頸壟返回首頁參數(shù)4、系統(tǒng)效果分析本系統(tǒng)是專門為地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的自動控制系統(tǒng)，旨在解決地源熱泵 空調(diào)系統(tǒng)傳統(tǒng)手工控制所存在的問題，并引入自動控制理念到大樓的日常管理 中。在大樓日常

13、運(yùn)轉(zhuǎn)和管理中引入自動控制思想，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的群控和自控， 能帶來普通舊有控制方案所無法提供的效果和功能，為業(yè)主的投資帶來最大的回 報。管理功能本系統(tǒng)1#控制柜設(shè)置有觸摸屏，安裝在控制柜前部，這種方式使得控制系 統(tǒng)具有很強(qiáng)的管理性能，可以非常直觀的查看系統(tǒng)狀況并作出動作，主要功能有：（1）、直觀的圖形操作界面通過觸摸屏的系統(tǒng)軟件，可定制的組態(tài)界面，以便讓用戶可以直接通過面板 查看整個空調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)，界面可以自定義重新開發(fā)。（2）、狀態(tài)顯示在面板上面可以直觀的看到水泵的運(yùn)行狀態(tài)，故障狀態(tài)和手/自動狀態(tài)，可 以顯示溫度、壓力等模擬參數(shù)的變化趨勢曲線，如果將面板型PC進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可 以在局域網(wǎng)內(nèi)其它機(jī)器

14、上面查看空調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)，管理更為高效。（3）、參數(shù)設(shè)定可在界面上面對參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，比如多少溫差進(jìn)行頻率調(diào)整等，可對時間表 進(jìn)行調(diào)整，面板上面有按鍵，操作非常方便。（4）、對設(shè)備進(jìn)行啟停控制可在屏幕上面通過按鍵的方式實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的啟?？刂疲踔炼疾恍枰佑|到 開關(guān)之類的設(shè)備，更加安全，而且更為直觀，效率更高。（5）、操作員權(quán)限設(shè)定對不同的操作人員，可設(shè)置不同的權(quán)限，避免一些不熟悉系統(tǒng)的人產(chǎn)生誤操 作，只有具備相應(yīng)權(quán)限的人才能進(jìn)行相應(yīng)的操作，保障了空調(diào)冷熱源系統(tǒng)的安全 性?？照{(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷實(shí)時跟蹤、調(diào)節(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)備的選型均根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的滿負(fù)荷狀態(tài)確定，而滿負(fù)荷狀 態(tài)代表這樣一個概念：即考慮最不

15、利的使用工況下、建筑物中所有需要服務(wù)的房 間或場所同時使用空調(diào)，各種冷熱負(fù)荷互相疊加而成的綜合最大值。在實(shí)際的運(yùn) 行過程中，空調(diào)系統(tǒng)90%以上的時間處于部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，顯然，根據(jù)滿 負(fù)荷狀態(tài)下選定的設(shè)備讓其在部分負(fù)荷下連續(xù)長期運(yùn)行，這些設(shè)備出路低效率運(yùn) 行狀態(tài)，造成很的能源浪費(fèi)，因此具有很大的節(jié)能潛力。本系統(tǒng)采用專業(yè)的空調(diào)系統(tǒng)自控軟件，采用經(jīng)典自動控制理論，使用PID 調(diào)節(jié)算法，實(shí)現(xiàn)對于空調(diào)水泵啟動數(shù)量和運(yùn)行頻率的合理調(diào)節(jié)。軟件中使用的控 制邏輯和控制算法參數(shù)都是由經(jīng)過具有幾十年調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的國際暖通專業(yè)工程師 總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)值。實(shí)際工程中有許多案例證明，在本系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)空調(diào)系 統(tǒng)的群控和

16、自控，使空調(diào)系統(tǒng)時鐘保持在高校節(jié)能及最佳的運(yùn)行狀態(tài)。高效節(jié)能、節(jié)約能耗費(fèi)用根據(jù)水泵電機(jī)負(fù)載的功率P正比于1/n3原理，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)冷量負(fù)荷減小時， 自控系統(tǒng)自動檢測到這種變化，并通過降低水泵的運(yùn)行頻率，來實(shí)現(xiàn)水泵的高效 運(yùn)轉(zhuǎn)和避免能源浪費(fèi)。例如：當(dāng)水泵流量下降20%時，系統(tǒng)輸出水泵頻率約40Hz。則P=（）3P=， 可以節(jié)電49%?？梢姽?jié)能潛力巨大，節(jié)能效果顯著。自控系統(tǒng)可以通過控制變頻器的手段來控制水泵的運(yùn)行頻率。在水泵這樣的 大功率電機(jī)設(shè)備啟動的時候，由于瞬間電流的過高，會產(chǎn)生沖擊電流英雄電機(jī)的 使用壽命。通過編程可以控制變頻器實(shí)現(xiàn)水泵的軟啟動，在電機(jī)起到至轉(zhuǎn)速達(dá)到 額定功率要求的過程中，消

17、除沖擊電流，延長電機(jī)的運(yùn)行壽命。同時可以減少水 泵啟動時震動現(xiàn)象，延長軸承等精密部件的壽命，同時對閥門和整個空調(diào)管路起 到保護(hù)的作用。節(jié)能效果分析冷凍泵額定參數(shù)：Q=660m3/h，H=44M，P=110KW，N=980r/min。部分負(fù)荷與水泵性能關(guān)系頻率（Hz）水泵性能參數(shù)負(fù)荷 （%）典型運(yùn)轉(zhuǎn) 時間比例 （10%）流量（m3/h）功率（KW）揚(yáng)程 （m）轉(zhuǎn)速（r/min）50660A=110449801001045594B=882902040528C=7848040354626867030年平均節(jié)電率：N= (Po-P1) / P0* 100%P1為實(shí)際功率:0.1A+0.4C+Po為額定

18、功率。經(jīng)過計算可得N=%每臺水泵沒小時可以節(jié)電110*%=若按每臺水泵夏季每天使用8小時，實(shí)際 使用120天，冬季每天使用8小時，實(shí)際使用90天來計算，則每年可以節(jié)約能 源：*8*210=度。若每度電按元計算，則2臺冷凍泵，2臺冷卻泵，一年可以節(jié)約能耗費(fèi)用： *4=281484 元。集成功能本自控系統(tǒng)采用的是霍尼韋爾思博的自控系統(tǒng)，霍尼韋爾思博的控制器具有 PLC級別的穩(wěn)定性，另外，霍尼韋爾思博有專門的樓宇自控行業(yè)解決方案和相 關(guān)產(chǎn)品，在樓宇自控行業(yè)也有很好的口碑。能夠提供包括RS232、RS-485、RJ45 等多種物理形式通訊接口，兼容市場上絕大部分的主流通訊協(xié)議，例如： profi-bus、CANopen、lightbus、ethercat、eth