地源热泵空调系统自动控制方案

1、地源热泵空调系统自动控制方案Ver 1.22014-03目 录1、系统概述12、设计依据33、系统功能实现44、系统效果分析84.1 管理功能84.2 空调系统冷热负荷实时跟踪、调节84.3 高效节能、节约能耗费用94.4 节能效果分析94.5 集成功能105、地源热泵空调自控系统传输设置111、系统概述地源热泵是一种利用地表浅层地热资源（也称地能，包括土壤、地下水和江、河、湖、海以及城市污水等）作为冷热源的空调系统。它不但可以供冷、供热，而且可以提供生活热水，一机多用的同时还具有高效、节能、环保的特点。浅层地能一年四季相对稳定，土壤与空气的温差一般为17，冬季比空气温度高，夏季比空气温度低，

2、是很好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%60%，因此要节能和节省运行费用4050左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。空调系统的能耗问题是大楼日常运行成本控制的一大难题，整个暖通系统的能耗将占大楼能耗的50以上，目前，国家的建设绿色节能建筑、节能减排的号召已经非常明确，谛都科技城业主眼光比较远，从响应国家号召，降低大楼日常运行成本，提高管理效率等方面进行考虑，计划对*项目的地源热泵空调系统配套自控系统。水泵的能耗，一般约占空调系统总能耗的15-20%，因此采用变流量系统，使输

3、送能耗岁流量的增减而增减，具有显著的节能效益与经济效益；同时才有变频技术实现电机的软启动，可以有效的延长电机的使用寿命。考虑到变频调速一次投资较大，一般来讲都是对节能效果最为明显的关键部分采用变频技术，比如冷冻水泵，冷却水泵、热泵机组等，使得业主的投资收益比最大化。*项目地源热泵空调系统冷冻水泵、冷却水泵群控的使用将带来以下明显效果：1、 节省能源*项目需冷/热量每个季节、每个月、每一天都不一样，空调负荷的分布在一年之内是极不均衡的，设计负荷约占总运行时间的6-8%。详见下表：冷热负荷（%）75-10050-7525-50<25运行时间百分比（%）10503010注：数据引自美国制冷协会

4、标准880-56而传统的手动开关水泵的方式，不考虑大楼的需冷/热量，采用全部启动、全部关闭的方式，在大多数时间里面都是非常浪费能源的，而空调水泵的变频调节和群控将通过设置于前端的传感器等设备采集温度、流量等参数，根据科学的计算公式计算出*项目需冷量进而空调水泵的启动台数和运行频率按需供冷，将大大降低能耗，节约大楼日常运行成本，从耗能大户考虑节能，效果最为明显。2、 保护设备和人身安全冷冻水泵、冷却水泵等设备功率大，结构复杂，设备昂贵，互相之间存在依存关系，人为操作的误操作率高，容易损坏设备，甚至造成人身伤害，而空调水泵群控将通过合理的方式，按大楼的冷量自动启动设备，并可以实现设备的软启动，保护

5、了设备，使设备运行于最佳状态，延长了设备的使用寿命，同样可以起到节约用户投入目的。3、 提高管理效率传统的管理方式比较盲目，没有具体的参数作为参考，而且都需要就地控制，就地管理，而空调水泵群控将彻底改变这样的状况，在监控主机（可以设置于消控中心等地，不需要设置于机组旁边）上面可以直观的查看机组的运行情况、温度、水流量等参数尽收眼底，同时，空调水泵群控会将采集到的信号进行处理、分析，之后作出相应控制动作控制水泵。水泵的运行情况都会有记录，让管理者有据可依，有数据可查，极大的提高了管理效率。2、设计依据l GB/T 50314-2000智能建筑设计标准l GB 50339-2003智能建筑工程质量

6、验收规范l 97X 700智能建筑弱电工程设计施工图集l GB 50045-95高层民用建筑设计防火规范l GBJ 16-95建筑设计防火规范l GB 50116-98火灾自动报警系统设计规范l GB 50166-92火灾自动报警系统施工及验收规范l JGJ/T16-92 民用建筑电气设计规范l 232-90 92 装置安装工程施工及验收规范l HG/T 20573-95 分散型控制系统工程设计规定l GBJ 131-90 自动化仪表安装工程质量检验评定标准l GB50303-2002 建筑电气工程施工质量验收规范3、系统功能实现本系统是以DDC为核心，对地源热保系统的X台冷冻水泵和X台冷却水

7、泵进行节能控制，通过液晶屏显示各水泵的状态，显示温度、压力和液体流量等参数，各种参数可以进行再设定，使得系统运行更为合理。液晶屏上的仿真型图形化操作界面可监视整个空调水泵群控系统的运行状态，提供动态图形、工艺流程图、实时曲线图、记录报表、监控点表、绘制平面布置图，以最贴近现场设备实际情况的直观的图形方式显示设备的运行情况。可根据实际需要提供丰富的图库，绘制平面图或流程图并嵌以动态数据，显示图中各监控点状态，提供修改参数或发出指令的操作指示，提供多窗口显示操作功能。矩阵打印机可连续记录报警打印输出，保证报警记录的连续性。具体监控内容如下：监控设备数量监 控 内 容冷冻水泵X台启停控制、运行状态、

8、故障状态、手自动状态、频率调节、频率反馈冷却水泵X台启停控制、运行状态、故障状态、手自动状态、频率调节、频率反馈冷冻水供回水总管X供水温度，回水温度，回水流量，供水压力，回水压力冷却水供回水总管X供水温度、供水压力冷冻水泵 水泵开关控制 水泵运行状态 水泵故障报警 水泵手自动状态显示 水泵频率调节 水泵频率反馈 水泵运行时间记录冷却水泵 水泵开关控制 水泵运行状态 水泵故障报警 水泵手自动状态显示 水泵频率调节 水泵频率反馈 水泵运行时间记录冷冻水供回水管 供、回水温度 供、回水压力 水流量冷却水供回水管 供水温度 供水压力通过空调自控系统可以实现以下控制功能：（1）、 根据预先设定好的时间表

9、，按“迟开机早关机”的原则控制空调水泵（包括冷冻水循环泵，冷却水循环泵）的启停以达到节能的目的。由于暂时没有暖通管路图，如果有需要，还可以对暖通管道上面设置的蝶阀进行控制，和水泵进行联动；（2）、冷冻水泵、冷却水泵“群控”在冷热源总管或者集水器、分水器上设置浸没式液体温度传感器，在回水总管上面设置液体流量计，依据以下公式便可计算出大楼总的冷热负荷： 负 荷 计 算：QK× M× (T1T2） Q： 负 荷 K： 常 数 M：流 量 T1：回 水 总 管 温 度 T2：供 水 总 管 温 度根据以上公式计算出大楼实际的需冷需热量与每个冷冻水泵开启所能提供的冷热负荷相比较，用以

10、决定是否开启或者关闭某台水泵，以实现节能，这种控制策略即称之为“群控”，由于大楼在一年四季中很少会运行在最大负荷状态，因此，根据大楼的实际需求来停止部分水泵，既不会影响到大楼的空调效果，有非常有效的节省了能耗。（3）、合理运行，保护设备，延迟设备使用寿命自动累积设备的运行时间，对设备实行交替运行的方式，平均设备的使用时间，这种方式设备的使用寿命是最长，运行的效率最高。在某个水泵发生故障的时候，系统会自动切换到备用泵，保证系统能稳定不间断的运行。（4）、频率微调在负荷达不到要关闭一台水泵，或者开启一台水泵的情况下，对水泵的运行频率进行微调，频率降低的时候，水泵的功率以三次方的速率下降，节能效果非

11、常明显。由于温度、压力和大楼的实际负荷需求是不断变化的，因此频率的调节是不断进行的，人为是无法进行这样的控制的，本空调自控系统通过PLC内部的PID模块，自动进行计算，不断输出控制信号给变频器进行调节，保证供回水温度稳定在设定范围内，保证了大楼的空调效果。（5）、每台水泵都有两台变频器互相控制，保证每台水泵都能独立变频调节，切换运行。（6）、监测冷冻水供水、回水总管温度，冷却水供水温度监测，自动生产趋势记录曲线，可查看温度是否维持在稳定状态，参数在液晶屏上显示。（7）、监测各水泵的运行状态、故障状态和手/自动状态，在液晶屏上面显示。另外，如果水泵发生故障，软件界面将进行提示，所有报警信息自动存

12、档，历史数据可提供查询。（8）自动累计各水泵的运行时间，开列保养及维修报告。可通过联网的方式将报告直接传送至有关部门。示意图：4、系统效果分析本系统是专门为地源热泵空调系统设计的自动控制系统，旨在解决地源热泵空调系统传统手工控制所存在的问题，并引入自动控制理念到大楼的日常管理中。在大楼日常运转和管理中引入自动控制思想，实现控制系统的群控和自控，能带来普通旧有控制方案所无法提供的效果和功能，为业主的投资带来最大的回报。4.1 管理功能本系统1#控制柜设置有触摸屏，安装在控制柜前部，这种方式使得控制系统具有很强的管理性能，可以非常直观的查看系统状况并作出动作，主要功能有：（1）、直观的图形操作界面

13、通过触摸屏的系统软件，可定制的组态界面，以便让用户可以直接通过面板查看整个空调系统的状态，界面可以自定义重新开发。（2）、状态显示在面板上面可以直观的看到水泵的运行状态，故障状态和手/自动状态，可以显示温度、压力等模拟参数的变化趋势曲线，如果将面板型PC进行联网，可以在局域网内其它机器上面查看空调系统的状态，管理更为高效。（3）、参数设定可在界面上面对参数进行设定，比如多少温差进行频率调整等，可对时间表进行调整，面板上面有按键，操作非常方便。（4）、对设备进行启停控制可在屏幕上面通过按键的方式实现对设备的启停控制，甚至都不需要接触到开关之类的设备，更加安全，而且更为直观，效率更高。（5）、操作

14、员权限设定对不同的操作人员，可设置不同的权限，避免一些不熟悉系统的人产生误操作，只有具备相应权限的人才能进行相应的操作，保障了空调冷热源系统的安全性。4.2 空调系统冷热负荷实时跟踪、调节中央空调系统中设备的选型均根据空调系统的满负荷状态确定，而满负荷状态代表这样一个概念：即考虑最不利的使用工况下、建筑物中所有需要服务的房间或场所同时使用空调，各种冷热负荷互相叠加而成的综合最大值。在实际的运行过程中，空调系统90%以上的时间处于部分负荷状态下运行，显然，根据满负荷状态下选定的设备让其在部分负荷下连续长期运行，这些设备出路低效率运行状态，造成很的能源浪费，因此具有很大的节能潜力。本系统采用专业的

15、空调系统自控软件，采用经典自动控制理论，使用PID调节算法，实现对于空调水泵启动数量和运行频率的合理调节。软件中使用的控制逻辑和控制算法参数都是由经过具有几十年调试经验的国际暖通专业工程师总结出来的经验值。实际工程中有许多案例证明，在本系统的管理下实现空调系统的群控和自控，使空调系统时钟保持在高校节能及最佳的运行状态。4.3 高效节能、节约能耗费用根据水泵电机负载的功率P正比于1/n3原理，当空调系统冷量负荷减小时，自控系统自动检测到这种变化，并通过降低水泵的运行频率，来实现水泵的高效运转和避免能源浪费。例如：当水泵流量下降20%时，系统输出水泵频率约40Hz。则P=（0.8）3P=0.51P

16、，可以节电49%。可见节能潜力巨大，节能效果显著。自控系统可以通过控制变频器的手段来控制水泵的运行频率。在水泵这样的大功率电机设备启动的时候，由于瞬间电流的过高，会产生冲击电流英雄电机的使用寿命。通过编程可以控制变频器实现水泵的软启动，在电机起到至转速达到额定功率要求的过程中，消除冲击电流，延长电机的运行寿命。同时可以减少水泵启动时震动现象，延长轴承等精密部件的寿命，同时对阀门和整个空调管路起到保护的作用。4.4 节能效果分析冷冻泵额定参数：Q=660m3/h，H=44M，P=110KW，N=980r/min。部分负荷与水泵性能关系频率（Hz）水泵性能参数负荷（%）典型运转时间比例（10%）流

17、量（m3/h）功率（KW）扬程（m）转速（r/min）50660A=110449801001045594B=80.339.6882902040528C=56.135.2784804035462D-37.430.86867030年平均节电率：N=（P0-P1）/ P0 * 100%P1为实际功率:0.1A+0.2B+0.4C+0.3DP0为额定功率。经过计算可得N=44.8%每台水泵没小时可以节电110*44.8%=49.28若按每台水泵夏季每天使用8小时，实际使用120天，冬季每天使用8小时，实际使用90天来计算，则每年可以节约能源：49.28*8*210=82790.4度。若每度电按0.85

18、元计算，则2台冷冻泵，2台冷却泵，一年可以节约能耗费用：8279.04*0.85*4=281484元。4.5 集成功能本自控系统采用的是霍尼韦尔思博的自控系统，霍尼韦尔思博的控制器具有PLC级别的稳定性，另外，霍尼韦尔思博有专门的楼宇自控行业解决方案和相关产品，在楼宇自控行业也有很好的口碑。能够提供包括RS232、RS-485、RJ45等多种物理形式通讯接口，兼容市场上绝大部分的主流通讯协议，例如：profi-bus、CANopen、lightbus、ethercat、ethernet TCP/IP、modbus、lon、eib、mp-bus、dali等，特别在楼宇自控行业中常用的BACnet协议、LON协议，都能很好的进行支持。所以，如果地源热泵空调系统要纳入原有的楼宇自控系统（BAS），霍尼韦尔思博可以非常方便的以最合理的方式实现，如果原大楼没有楼宇自控系统，则可以在本系统完成之后，通过增加霍尼韦尔思博的控制器、I/O模块的方式，搭建全新的楼宇自控系统，进而对大楼的空调通风设备、大楼的照明系统、给排水系统、送排风、电梯等系统进行监控，起到节能、节省人力、进一步提高管理效率，保护设备的作用，让整个系统的利用率更高。5、地源热泵空调自控系统传输设置地源热泵空调