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Ver 1.22014-03目 錄1、系統(tǒng)概述12、設(shè)計依據(jù)33、系統(tǒng)功能實現(xiàn)44、系統(tǒng)效果分析84.1 管理功能84.2 空調(diào)系統(tǒng)冷熱負荷實時跟蹤、調(diào)節(jié)84.3 高效節(jié)能、節(jié)約能耗費用94.4 節(jié)能效果分析94.5 集成功能105、地源熱泵空調(diào)自控系統(tǒng)傳輸設(shè)置11Page 11 of 131、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，一機多用的同時還具有高效、節(jié)能、環(huán)保的特點。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

2、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)運行效率要高40%60%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用4050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)能型空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)的能耗問題是大樓日常運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，從響應(yīng)國家號召，降低大樓日常運行成本，提高管理效率等方面進行考慮，計劃對*項目的地源熱泵空調(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%

3、，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)濟效益；同時才有變頻技術(shù)實現(xiàn)電機的軟啟動，可以有效的延長電機的使用壽命?？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)，比如冷凍水泵，冷卻水泵、熱泵機組等，使得業(yè)主的投資收益比最大化。*項目地源熱泵空調(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*項目需冷/熱量每個季節(jié)、每個月、每一天都不一樣，空調(diào)負荷的分布在一年之內(nèi)是極不均衡的，設(shè)計負荷約占總運行時間的6-8%。詳見下表：冷熱負荷（%）75-10050-7525-50<25運行時間百分比（%）1050301

4、0注：數(shù)據(jù)引自美國制冷協(xié)會標準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)科學(xué)的計算公式計算出*項目需冷量進而空調(diào)水泵的啟動臺數(shù)和運行頻率按需供冷，將大大降低能耗，節(jié)約大樓日常運行成本，從耗能大戶考慮節(jié)能，效果最為明顯。2、 保護設(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

5、可以實現(xiàn)設(shè)備的軟啟動，保護了設(shè)備，使設(shè)備運行于最佳狀態(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)水泵群控將徹底改變這樣的狀況，在監(jiān)控主機（可以設(shè)置于消控中心等地，不需要設(shè)置于機組旁邊）上面可以直觀的查看機組的運行情況、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行處理、分析，之后作出相應(yīng)控制動作控制水泵。水泵的運行情況都會有記錄，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)l GB/T 50314-2000智能建筑設(shè)計標準l GB 50339

6、-2003智能建筑工程質(zhì)量驗收規(guī)范l 97X 700智能建筑弱電工程設(shè)計施工圖集l GB 50045-95高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范l GBJ 16-95建筑設(shè)計防火規(guī)范l GB 50116-98火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范l GB 50166-92火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范l JGJ/T16-92 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范l 232-90 92 裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范l HG/T 20573-95 分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定l GBJ 131-90 自動化儀表安裝工程質(zhì)量檢驗評定標準l GB50303-2002 建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范3、系統(tǒng)功能實現(xiàn)本系統(tǒng)是以DDC為核心，對地源熱保系統(tǒng)

7、的X臺冷凍水泵和X臺冷卻水泵進行節(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)可以進行再設(shè)定，使得系統(tǒng)運行更為合理。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)的運行狀態(tài)，提供動態(tài)圖形、工藝流程圖、實時曲線圖、記錄報表、監(jiān)控點表、繪制平面布置圖，以最貼近現(xiàn)場設(shè)備實際情況的直觀的圖形方式顯示設(shè)備的運行情況?？筛鶕?jù)實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

8、泵X臺啟?？刂?、運行狀態(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臺啟停控制、運行狀態(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 水泵運行狀態(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 水泵運行時間記錄冷卻水泵 水泵開關(guān)控制 水泵運行狀態(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)可以實現(xiàn)以下控制功能：（1）

9、、 根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的時間表，按“遲開機早關(guān)機”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)置的蝶閥進行控制，和水泵進行聯(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荷： 負 荷 計 算：QK× M× (T1T2） Q： 負 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際的需冷需熱量與每個冷凍水泵開啟所能

10、提供的冷熱負荷相比較，用以決定是否開啟或者關(guān)閉某臺水泵，以實現(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行在最大負荷狀態(tài)，因此，根據(jù)大樓的實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）、合理運行，保護設(shè)備，延遲設(shè)備使用壽命自動累積設(shè)備的運行時間，對設(shè)備實行交替運行的方式，平均設(shè)備的使用時間，這種方式設(shè)備的使用壽命是最長，運行的效率最高。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)定不間斷的運行。（4）、頻率微調(diào)在負荷達不到要關(guān)閉一臺水泵，或者開啟一臺水泵的情況下，對水泵的運行頻率進行微調(diào)，頻率降低的時候，水泵的功率以三

11、次方的速率下降，節(jié)能效果非常明顯。由于溫度、壓力和大樓的實際負荷需求是不斷變化的，因此頻率的調(diào)節(jié)是不斷進行的，人為是無法進行這樣的控制的，本空調(diào)自控系統(tǒng)通過PLC內(nèi)部的PID模塊，自動進行計算，不斷輸出控制信號給變頻器進行調(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立變頻調(diào)節(jié)，切換運行。（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

12、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：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。在大樓日常運轉(zhuǎn)和管理中引入自動控制思想，實現(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。4.1 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：

13、（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進行聯(lián)網(wǎng)，可以在局域網(wǎng)內(nèi)其它機器上面查看空調(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)進行設(shè)定，比如多少溫差進行頻率調(diào)整等，可對時間表進行調(diào)整，面板上面有按鍵，操作非常方便。（4）、對設(shè)備進行啟?？刂瓶稍谄聊簧厦嫱ㄟ^按鍵的方式實現(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

14、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)限的人才能進行相應(yīng)的操作，保障了空調(diào)冷熱源系統(tǒng)的安全性。4.2 空調(diào)系統(tǒng)冷熱負荷實時跟蹤、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)的滿負荷狀態(tài)確定，而滿負荷狀態(tài)代表這樣一個概念：即考慮最不利的使用工況下、建筑物中所有需要服務(wù)的房間或場所同時使用空調(diào)，各種冷熱負荷互相疊加而成的綜合最大值。在實際的運行過程中，空調(diào)系統(tǒng)90%以上的時間處于部分負荷狀態(tài)下運行，顯然，根據(jù)滿負荷狀態(tài)下選定的設(shè)備讓其在部分負荷下連續(xù)長期運行，這些設(shè)備出路低效率運行狀態(tài)，造成很的能源浪費，因此具有很大的

15、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，實現(xiàn)對于空調(diào)水泵啟動數(shù)量和運行頻率的合理調(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)驗的國際暖通專業(yè)工程師總結(jié)出來的經(jīng)驗值。實際工程中有許多案例證明，在本系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的群控和自控，使空調(diào)系統(tǒng)時鐘保持在高校節(jié)能及最佳的運行狀態(tài)。4.3 高效節(jié)能、節(jié)約能耗費用根據(jù)水泵電機負載的功率P正比于1/n3原理，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)冷量負荷減小時，自控系統(tǒng)自動檢測到這種變化，并通過降低水泵的運行頻率，來實現(xiàn)水泵的高效運轉(zhuǎn)和避免能源浪費。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=

16、（0.8）3P=0.51P，可以節(jié)電49%。可見節(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行頻率。在水泵這樣的大功率電機設(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的使用壽命。通過編程可以控制變頻器實現(xiàn)水泵的軟啟動，在電機起到至轉(zhuǎn)速達到額定功率要求的過程中，消除沖擊電流，延長電機的運行壽命。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)管路起到保護的作用。4.4 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。部分負荷與水泵性能關(guān)系頻率（Hz）水泵性能參數(shù)負荷（%）典

17、型運轉(zhuǎn)時間比例（10%）流量（m3/h）功率（KW）揚程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）50660A=110449801001045594B=80.339.6882902040528C=56.135.2784804035462D-37.430.86867030年平均節(jié)電率：N=（P0-P1）/ P0 * 100%P1為實際功率:0.1A+0.2B+0.4C+0.3DP0為額定功率。經(jīng)過計算可得N=44.8%每臺水泵沒小時可以節(jié)電110*44.8%=49.28若按每臺水泵夏季每天使用8小時，實際使用120天，冬季每天使用8小時，實際使用90天來計算，則每年可以節(jié)約能源：49.28*8*210=82790

18、.4度。若每度電按0.85元計算，則2臺冷凍泵，2臺冷卻泵，一年可以節(jié)約能耗費用：8279.04*0.85*4=281484元。4.5 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、ethernet TCP/IP、modbus、lon、eib、mp-bus、dali等，特別在樓宇自控行業(yè)中常用的BACnet協(xié)議、LON協(xié)議，都能很好的進行支持。所以，如果地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)要納入原有的樓宇自控系統(tǒng)（BAS），霍尼韋爾思博可以非常方便的以最合理的方式實現(xiàn)，如果原大樓沒有樓宇自控系統(tǒng)，則可以在本系統(tǒng)完成之后，通過增加霍尼韋爾思博的控制器、I/O模塊的方式，搭建全新的樓宇自控系統(tǒng)，進而對大樓的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備、大樓的照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、送排風(fēng)、電梯等系統(tǒng)進行監(jiān)控，起到節(jié)能、節(jié)省人力、進一步提高管理效率，保護設(shè)備的作用，讓整個系統(tǒng)的利用率更高。5、地源熱泵空調(diào)自控系統(tǒng)傳輸設(shè)置地源熱泵空