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 1.22021-03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)約能消耗用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，冬季比空氣溫度

2、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本錢控制的一大難題，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)主眼光比擬遠，從響應(yīng)國家號召，降低大樓日常運行本錢，提高管理效率等方面進行考慮，方案對*工程的地源熱泵空調(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

3、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)鍵局部采用變頻技術(shù)，比方冷凍水泵，冷卻水泵、熱泵機組等，使得業(yè)主的投資收益比最大化。*工程地源熱泵空調(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*工程需冷/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%10503010注：數(shù)據(jù)引

4、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*工程需冷量進而空調(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)約大樓日常運行本錢，從耗能大戶考慮節(jié)能，效果最為明顯。2、 保護設(shè)備和人身平安冷凍水泵、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，并可以實現(xiàn)設(shè)備

5、的軟啟動，保護了設(shè)備，使設(shè)備運行于最正確狀態(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)的管理方式比擬盲目，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 50339-2003智能

6、建筑工程質(zhì)量驗收標準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)計防火標準l GBJ 16-95建筑設(shè)計防火標準l GB 50116-98火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計標準l GB 50166-92火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工及驗收標準l JGJ/T16-92 民用建筑電氣設(shè)計標準l 232-90 92 裝置安裝工程施工及驗收標準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)量驗收標準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)的X臺冷凍水泵

7、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) 容冷凍水泵X臺啟?？刂?/p>

8、、運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動狀態(tài)、頻率調(diào)節(jié)、頻率反應(yīng)冷卻水泵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)、頻率反應(yīng)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) 水泵頻率反應(yīng) 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) 水泵頻率反應(yīng) 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、 根據(jù)預(yù)先設(shè)定好

9、的時間表，按“遲開機早關(guān)機的原那么控制空調(diào)水泵包括冷凍水循環(huán)泵，冷卻水循環(huán)泵的啟停以到達節(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提供的冷熱負荷相比擬，用以決定

10、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局部水泵，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，水泵的功率以三次方的速率下降，節(jié)能效果非常明顯。由于溫

11、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

12、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：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)

13、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，比方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?，甚至都不需要接觸到開關(guān)之類的設(shè)備，更加平安，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，防止

14、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)的平安性。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、建筑物中所有需要效勞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%以上的時間處于局部負荷狀態(tài)下運行，顯然，根據(jù)滿負荷狀態(tài)下選定的設(shè)備讓其在局部負荷下連續(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

15、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)能及最正確的運行狀態(tài)。4.3 高效節(jié)能、節(jié)約能消耗用根據(jù)水泵電機負載的功率P正比于1/n3原理，當空調(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)和防止能源浪費。例如：當水泵流量下降20%時，系統(tǒng)輸出水泵頻率約40Hz。那么P=0.83P=0.51P，可以節(jié)電49%?？梢姽?jié)能潛力巨大，節(jié)能效果顯著。

16、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)速到達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。局部負荷與水泵性能關(guān)系頻率Hz水泵性能參數(shù)負荷%典型運轉(zhuǎn)時間比例10%流量m3/h功率KW揚程m轉(zhuǎn)速r/min50660A=11044

17、9801001045594B=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假設(shè)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，那么每年可以節(jié)約能源：49.28*8*210=82790.4度。假設(shè)每度電按0.85元計算，那么2臺冷凍泵，2臺冷卻泵，一年可以節(jié)約能消耗用：8279.04*0

18、.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，兼容市場上絕大局部的主流通訊協(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)，那么可以在本系統(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)置地源熱泵空調(diào)自控系統(tǒng)控