金域藍(lán)灣地源熱泵的電氣控制設(shè)計(jì) 建筑電氣工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、中文摘要能源和環(huán)境問題是當(dāng)今世界各國(guó)面臨的重大問題，清潔可再生能源的利用問題更成為我們面臨的重要課題。熱泵正好以其節(jié)能、清潔無(wú)污染而受到了人們的重視，從而在近些年得到了迅猛的發(fā)展。地源熱泵是一種利用淺層地?zé)豳Y源向建筑物供熱、空調(diào)的裝鼉。這種技術(shù)以其節(jié)能效果明顯、符合環(huán)保要求等特點(diǎn)引起了世界各國(guó)的重視，同時(shí)也符合社會(huì)大眾在生活水平提高后追求個(gè)體生活與環(huán)境和諧并存的要求。通過熱泵技術(shù)，可以達(dá)到節(jié)能和提高能量使用效果的目的。但是，這又依賴于熱泵機(jī)組的穩(wěn)定、安全、可靠、高效的運(yùn)行。除了機(jī)組本身合理的設(shè)計(jì)之外，對(duì)熱泵機(jī)組的各部件以及整機(jī)運(yùn)行的控制和保護(hù)是保證熱泵機(jī)組穩(wěn)定、安全、可靠、高效運(yùn)行必不可少的條

2、件。該論文是作者根據(jù)在揚(yáng)州金域藍(lán)灣工程現(xiàn)場(chǎng)施工，結(jié)合相關(guān)技術(shù)資料整理出的一篇關(guān)于地緣熱泵自動(dòng)控制，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)溫，自動(dòng)停機(jī)的電氣控制方案。本文首先通過對(duì)地源熱泵（土壤一水）機(jī)組工作原理的分析，根據(jù)地源熱泵機(jī)組各部件運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)常見地源熱泵種類進(jìn)行分類，并接合當(dāng)代高速發(fā)展的微電子技術(shù)，考慮控制器的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、可靠性，采用針對(duì)地源熱泵機(jī)組的控制系統(tǒng)。通過該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組的自動(dòng)運(yùn)行。該控制系統(tǒng)可以通過串口與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)時(shí)顯示各檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)?？照{(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制能夠采集，檢測(cè)空調(diào)裝置的工藝參數(shù)，如壓力，溫度，流量等，同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)某些工藝參數(shù)，使之恒定或按一定規(guī)律變化，對(duì)裝置自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：

3、地源熱泵，節(jié)能，自動(dòng)控制目 錄1項(xiàng)目概況11.1項(xiàng)目名稱11.2項(xiàng)目投資方11.3項(xiàng)目基本情況12地源熱泵簡(jiǎn)介22.1地源熱泵的發(fā)展歷史22.2地源熱泵分類42.2.1大地耦合熱泵42.2.2地下水熱泵52.2.3地表水熱泵52.3地源熱泵的技術(shù)特點(diǎn)53自動(dòng)控制技術(shù)在熱泵裝置中的應(yīng)用83.1自動(dòng)控制技術(shù)在熱泵空調(diào)裝置中的地位83.2熱泵空調(diào)裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)94地緣熱泵機(jī)組及其控制原理114.1熱泵系統(tǒng)工作原理及能量分析114.1.1熱泵系統(tǒng)工作原理114.1.2熱泵系統(tǒng)能量分析124.2地緣熱泵機(jī)組工作原理134.3地緣熱泵空調(diào)機(jī)組的自動(dòng)控制144.3.1熱泵裝置的自動(dòng)控制內(nèi)容144.3

4、.2熱泵裝置的自動(dòng)控制目標(biāo)144.3.3熱泵裝置的控制裝置144.3.4空調(diào)房間系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)154.4泵機(jī)組內(nèi)部裝置的控制164.4.1壓縮機(jī)的控制164.4.2四通閥控制174.4.3流量調(diào)節(jié)185地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)變流量自動(dòng)控制設(shè)計(jì)195.1壓差變流量控制原理205.2溫差變流量控制原理215.3土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)變流量控制216控制方案的制定226.1控制方案原理226.2控制設(shè)備選擇226.2.1現(xiàn)場(chǎng)儀表選擇226.2.2熱泵機(jī)組冷凝器端電動(dòng)閥選取236.2.3變頻器選擇236.2.4控制設(shè)備選取246.3控制參數(shù)的獲取和軟件編程256.3.1控制參數(shù)的獲取256.3.2軟件編程27總

5、結(jié)29參考文獻(xiàn)30致謝311項(xiàng)目概況1.1項(xiàng)目名稱揚(yáng)州市金域藍(lán)灣公館1.2項(xiàng)目投資方揚(yáng)州恒通金鑫置業(yè)有限公司1.3項(xiàng)目基本情況本項(xiàng)目位于揚(yáng)州市順達(dá)路以東，開發(fā)西路以北。位于邗江大道與開發(fā)西路交匯處，占地9.6萬(wàn)平米，總建筑面積約21萬(wàn)平米。項(xiàng)目周邊高檔樓盤云集，交通便利，周邊生活配套完善，緊鄰西站商業(yè)中心及步行街、揚(yáng)州商城、歐尚超市、力寶廣場(chǎng)、紅星美凱龍及規(guī)劃中的現(xiàn)代化鄰里中心、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等諸多配套環(huán)繞四周，成熟地段綻放燦爛生活之美。項(xiàng)目是由揚(yáng)州恒通企業(yè)和揚(yáng)州金鑫房地產(chǎn)開發(fā)有限公司強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，傾情打造的大型高科技頂尖住宅區(qū)。社區(qū)秉承恒通帝景藍(lán)灣的科技住宅體系，在其6大核心系統(tǒng)：地源熱泵系統(tǒng)、節(jié)能保

6、溫系統(tǒng)、外遮陽(yáng)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、人車分流系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，再做創(chuàng)新優(yōu)化，打造出令揚(yáng)州矚目的帝景藍(lán)灣升級(jí)產(chǎn)品。本項(xiàng)目總體規(guī)劃有景觀高層、電梯多層洋房、疊加電梯別墅三種產(chǎn)品，每一種產(chǎn)品均為揚(yáng)州市場(chǎng)上的罕有的創(chuàng)新產(chǎn)品。在融合了高科技系統(tǒng)的同時(shí)，還誠(chéng)邀頂級(jí)團(tuán)隊(duì)為社區(qū)量身定制360°全景坡地景觀，告別了社區(qū)景觀平鋪直敘的手法，遠(yuǎn)近高低各有不同，精彩變幻，詩(shī)情畫意，都能享受到私家園林的非凡感受。2地源熱泵簡(jiǎn)介2.1地源熱泵的發(fā)展歷史熱泵（heatpump）是一種從低溫?zé)嵩醇橙崃浚蛊湓谳^高的溫度下作為可以利用的有用熱能的裝置。通過熱泵，可以將低品位能變?yōu)橛杏媚埽驅(qū)⒃瓉?lái)不能利用的熱重

7、新加以利用。十九世紀(jì)，隨著對(duì)物理過程認(rèn)識(shí)的逐步深化，人們對(duì)能否將熱能送至較高溫度發(fā)生了興趣。焦耳論證了通過改變氣體的壓力而使氣體溫度發(fā)生變化的原理。帕吉斯密司（Hiazzismythe）教授大概是建議應(yīng)用這一原理制造冷機(jī)的第一個(gè)人。而湯姆森（Thomson）教授（稍后是開爾文勛爵Lordkelvin）是提出熱泵設(shè)想的第一人。地源熱泵（Grond-sourceheatpump）是一種利用地下淺層低溫地?zé)豳Y源（常溫土壤或地下水）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能熱泵系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低品熱能向高品位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源，同時(shí)蓄存冷量，以備夏用；而在夏

8、季作為冷源，同時(shí)蓄存熱量，以備冬用。地源熱泵稱呼很多，有地耦熱泵（Groundcoupleheatpump）、地?zé)釤岜茫℅eothermalheatpump）、地源熱泵（Grond-sourceheatpump），地下水熱泵（Groundwaterheatpump），還有其他的稱呼。相對(duì)于傳統(tǒng)的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵安裝成本相對(duì)較高，但是由于地表m以下溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，夏季環(huán)境空氣溫度低，冬季比環(huán)境空氣溫度高，是熱泵很好的冷、熱源。這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高，節(jié)能效果明顯，運(yùn)行更加可靠穩(wěn)定。此外，儲(chǔ)存于地表淺層的地?zé)崾且环N可再生且無(wú)污染的能源，不論是熱帶地區(qū)或是寒

9、冷地區(qū)均有地?zé)峥晒┦褂?，因而可使用范圍大。地源熱泵系統(tǒng)埋地?fù)Q熱器不需要除霜，減少了冬季除霜的能還可以與太陽(yáng)能聯(lián)用改善冬季運(yùn)行條件：機(jī)組使用壽命長(zhǎng)；機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間：維護(hù)費(fèi)用低：自動(dòng)控制程度高。地源熱泵思路最早出現(xiàn)在一份專利文獻(xiàn)，年由瑞士的zoelly在其專利中描述了用土壤作熱源的熱泵計(jì)劃。國(guó)外在年代已開始了地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用，到年代成為一項(xiàng)成熟的應(yīng)用技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)期間，由于第一次能源危機(jī)的出現(xiàn)，在瑞士出現(xiàn)了煤炭等能源的短缺，工程師們?yōu)榱丝朔@一困難，制造了大量的熱泵系統(tǒng)供工業(yè)和民間使用，其中也部分使用了地源熱泵技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)ESUS將熱泵技術(shù)作為促進(jìn)電力消費(fèi)和

10、平衡高峰負(fù)荷的重要手段加以推廣，部分工廠開始生產(chǎn)以地下水和巖土為熱源的熱泵，這些裝置均具有壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)輕巧的特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。圖2-1是當(dāng)時(shí)流行的Mniccrear工廠生產(chǎn)的Marvair機(jī)組的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，該系統(tǒng)實(shí)為水井式地源熱泵系統(tǒng)。圖2-1.地源熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)圖對(duì)熱泵技術(shù)和地源熱泵技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生重大作用的是，年美國(guó)通用電氣公司研究出了可以轉(zhuǎn)化制冷和制熱功能的空氣源熱泵機(jī)組，從而賦予了熱泵作為一種全年運(yùn)行的空調(diào)機(jī)組的功能，使其應(yīng)用得到巨大的拓展。地源熱泵技術(shù)也隨之向冬季供暖、夏季供冷的全年空調(diào)運(yùn)行方式發(fā)展。在間一時(shí)期等以Kelvin線熱源理論為基礎(chǔ)，提出了地下埋管換熱的線熱源理論，為地源熱泵技術(shù)的

11、產(chǎn)品開發(fā)和工程應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。目前世界各地地源熱泵的應(yīng)用形式因當(dāng)?shù)貧夂驐l件而異，在歐洲地區(qū)，由于所處地域關(guān)系，其埋管以水平淺埋為主，地源熱泵主要用于冬季采暖。與此相近，在日本北部的地區(qū)，地下埋管卻以豎埋形式為主，輔以太陽(yáng)能集熱器，通過地下埋管系統(tǒng)的蓄、放熱作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)房間的冬季采暖。美國(guó)的大部分地源熱泵系統(tǒng)采用了冬季采暖、夏季制冷的全年空調(diào)運(yùn)行方式，其地下埋管換熱器形式既有水平埋設(shè)的，也有垂直埋設(shè)的。隨著地源熱泵技術(shù)的進(jìn)步及工程上的廣泛應(yīng)用，其研究工作也逐漸深入，出現(xiàn)了對(duì)其強(qiáng)化傳熱技術(shù)，混合式地源熱泵技術(shù)等在我國(guó)，對(duì)地源熱泵技術(shù)的研究較為有限，我國(guó)在地源熱泵領(lǐng)域的研究始于世紀(jì)年代初的天

12、津大學(xué)和天津商學(xué)院。自此，其他少數(shù)單位也先后在地?zé)峁┡矫孢M(jìn)行了一系列的理論和試驗(yàn)研究，但是，由于我國(guó)能源價(jià)格的特殊性，以及其他一些因素的影響，地源熱泵的應(yīng)用推廣非常緩慢。世紀(jì)年代以后，由于受國(guó)際大環(huán)境的影響以及迪源熱泵自身所具備的節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)日益受到人們的重視，越來(lái)越多的技術(shù)人員開始投身于此項(xiàng)研究。年，中國(guó)國(guó)家科技郝與美國(guó)能源部共同簽署了中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和美利堅(jiān)合眾國(guó)能源部效率和可再生能源技術(shù)的發(fā)展與利用領(lǐng)域合作協(xié)議書，并于年又簽署了該合作協(xié)議書的附件六中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)與美利堅(jiān)合眾國(guó)能源部地?zé)衢_發(fā)利用的合作協(xié)議書。其中，兩國(guó)政府將地源熱泵空調(diào)技術(shù)納

13、入了兩國(guó)能源效率和可再生能源的合作項(xiàng)目，這一舉措極大地促進(jìn)了該技術(shù)的國(guó)際合作和推廣應(yīng)用。年是我國(guó)在該領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，從這一年開始，國(guó)內(nèi)數(shù)家大學(xué)紛紛建立了地源熱泵的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。其中，年重慶建工學(xué)院建設(shè)了包括淺埋豎管換熱器和水平埋管換熱器在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)裝置；年青島建工學(xué)院建設(shè)了聚乙烯垂直地源熱泵裝置；年湖南大學(xué)建設(shè)了水平埋管地源熱泵實(shí)驗(yàn)裝置；年同濟(jì)大學(xué)建設(shè)了垂直地源熱泵裝置等。同時(shí)，我國(guó)也成立了一些專門的生產(chǎn)廠家，開始批量生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品。這些科研單位和企業(yè)互相合作，在開發(fā)利用地源熱泵技術(shù)方面取得了很大的進(jìn)展，做了許多實(shí)驗(yàn)研究和工程示范，產(chǎn)生了很多有效數(shù)據(jù)，這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)勢(shì)必將大大加快我國(guó)發(fā)展地源熱泵的

14、步伐。我們相信，隨著地源熱泵技術(shù)的進(jìn)步及國(guó)家節(jié)約能源政策的落實(shí)，這種具有較大節(jié)能潛力的技術(shù)必將在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。2.2地源熱泵分類根據(jù)地源熱泵所采用熱源熱匯的形式不同，可將其大致分為大地耦合式熱（GCHP）、地下水熱泵（GWHP）和地表水熱泵（SWHP）。2.2.1大地耦合熱泵大地耦合熱泵就是以地表淺層的土壤作為熱源或熱匯，其冷、熱源不受室外溫度劇烈變化帶來(lái)的影響。根據(jù)其換熱器與大地?fù)Q熱形式的不同，分為通過熱泵工質(zhì)一水換熱器的間接式系統(tǒng)及采用熱泵工質(zhì)在埋于地下的盤管中直接換熱的直接式系統(tǒng)。在間接式系統(tǒng)中，載冷劑被用來(lái)在熱源和蒸發(fā)器間傳遞熱量，它與直接蒸發(fā)系統(tǒng)相比具有一定優(yōu)點(diǎn)：減少了制冷劑充灌

15、量，還增加了熱泵系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)可使現(xiàn)場(chǎng)工程量降到最低并減免了制冷管路的安裝：但其缺點(diǎn)在于：弓；入帶有熱交換器的額外流體環(huán)路，增加了初投資，也帶來(lái)額外溫降。需要針對(duì)運(yùn)行工況優(yōu)化設(shè)計(jì)載冷劑回路，此外用于載冷劑的流體性質(zhì)也很重要。在直接蒸發(fā)系統(tǒng)中，將蒸發(fā)器盤管直接埋入地下，可有效減少投資，尤其適合家庭熱泵系統(tǒng)。大地耦合式地源熱泵就埋管方式又可分為水平式和垂直式。水平熱交換管的地下盤管由聚乙烯硬塑料管制成，并水平地敷設(shè)于中。垂直熱交抉管就是其熱交換管垂直安裝在土壤中?？傊?，大地耦合熱泵的熱交換效果與砂土類型、含濕量、成分、密度和是否均勻緊貼換熱蕊有關(guān)。管材、沙土及地下水的腐蝕作用將影響傳熱和使用壽

16、命。2.2.2地下水熱泵地下水熱泵是地源熱泵的一個(gè)分支，也是迄今為止使用的最廣泛的一種地源熱泵技術(shù)。這種熱泵是以地下深井水作為熱源或熟匯來(lái)對(duì)建筑進(jìn)行供熱或制冷的。由于地下深井水位于較滌的地層中，因隔熱和蓄熱作用，其水溫隨季節(jié)氣溫的變化較小，特別是深井水的水溫常年不變，對(duì)熱泵運(yùn)行非常有利。2.2.3地表水熱泵它是利用地表的小溪、池塘、河流、湖泊等水作為熱源和熱匯對(duì)建筑進(jìn)行空調(diào)的熱泵技術(shù)。同常年溫度幾乎保持不變的地下水相比，地表水溫變化劇烈因此，在外界溫度根低的嚴(yán)冬季節(jié)，為了保證供暖所需的熱量，除煞泵外，往往還要安裝第二套熱發(fā)生裝置，即雙聯(lián)熱泵采暖系統(tǒng)。地表水熱泵在實(shí)現(xiàn)用水作熱源時(shí)，可采用下列方法

17、：1.將蒸發(fā)囂直接安裝于地表水中2.經(jīng)鹽水循環(huán)間接引用水的熱能3.用泵站抽取地表水并輸送至熱泵的蒸發(fā)器4.用井積聚經(jīng)河岸過濾的水并將其輸送至熱泵蒸發(fā)器這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)河岸過濾的水能防止污物進(jìn)入蒸發(fā)器，但費(fèi)用較高。2.3地源熱泵的技術(shù)特點(diǎn)地源熱泵利用地下土壤吸熱和排熱，研究表明：在地下以下的土壤的溫度基本上不隨外界環(huán)境變化而改變，且約等于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，可以分別在冬、夏兩季提供較高的蒸發(fā)溫度和較低的冷凝溫度；因此，土壤是一種比空氣更理想的熱泵熱（冷）源，與空氣源熱泵相比，土壤源熱泵主要有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)。1.節(jié)能效果顯著、機(jī)組性能系數(shù)高、維修費(fèi)用低地下士壤溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定（約為），冬季比外界環(huán)

18、境空氣溫度高，夏季比環(huán)境溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源。土壤的這種溫度特性使得土壤源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率高出約，因此，可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，土壤溫度較恒定的特性也使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更穩(wěn)定、可靠，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐一制冷機(jī)系統(tǒng)大大減小，從而保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國(guó)環(huán)保署估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的土壤源熱泵，平均可節(jié)約用戶的采暖空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。2.土壤的蓄能特性實(shí)現(xiàn)了冬、夏能量的互補(bǔ)土壤本身就是一個(gè)巨大的儲(chǔ)能體，具有較好的蓄能特性。通過埋她換熱器，夏季利用冬季蓄存的冷量進(jìn)行空調(diào)，同時(shí)將部分熱量蓄存于土壤中以備冬季采暖用，冬季利用夏季蓄存的熱量來(lái)供暖，同時(shí)蓄存部分冷量以各夏季空調(diào)用

19、。一方面，實(shí)現(xiàn)了冬夏能量的互補(bǔ)：另一方面，提高了熱泵的性能系數(shù)，達(dá)到明顯節(jié)能的效果，同時(shí)，也消除了常規(guī)空氣源熱泵系統(tǒng)帶來(lái)的“冷、熱污染”。通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到蓄冷前后夏季連續(xù)制冷運(yùn)行時(shí)，土壤蓄冷的節(jié)能效果的相對(duì)值約為。目前，在我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)，夏季空調(diào)和冬季采暖的時(shí)間大致相當(dāng)，冷、熱負(fù)荷基本一致，因此，可以實(shí)現(xiàn)冷暖互為補(bǔ)償，達(dá)到瓦為聯(lián)供的目的。3.環(huán)保無(wú)污染土壤源熱泵利用地下土壤作為冷熱源，既沒有燃燒、排煙，也沒有空氣源熱泵的噪音和熱污染，同時(shí)，也不需要堆放燃料和廢棄物的場(chǎng)所。埋地?fù)Q熱器在地下土壤中靜態(tài)地吸熱、放熱，且埋地?fù)Q熱器可布置在花園、草坪甚至建筑物的地基下，不占用地上空間。4.符合

20、可持續(xù)發(fā)展的要求土壤源熱泵是利用地下土壤自源資源作為熱泵低品位能源進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換的供暖、空調(diào)裝置。地表淺層土壤相當(dāng)于一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了約的太陽(yáng)輻射能量，比人類每年利用能量的倍還要多，且不受地域、資源等限制，真正是資源廣闊、取之不盡、用之不竭，是人類可利用的可再生能源。同時(shí)，土壤源熱泵的“冬取夏灌”的能量利用方式也在一定程度上實(shí)現(xiàn)了土壤能源資源的內(nèi)部平衡。因此，土壤源熱泵符合可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。5.一機(jī)多用、用途廣泛、使用壽命長(zhǎng)該熱泵機(jī)組既可供暖，亦可空調(diào)，同時(shí)還能提供生活用熱水，一機(jī)多用。一套系統(tǒng)可以替代原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)機(jī)組以及生活熱水加熱裝置三套系統(tǒng)，省去了燃?xì)狻⒚杭板仩t的使

21、用。機(jī)組緊湊，節(jié)省空間，減少一次性投資，可應(yīng)用于商店、賓館、辦公大樓、學(xué)校等建筑，而且特別適用于小型別墅。此外，機(jī)組壽命長(zhǎng)，平均可運(yùn)行年以上。6.可實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制，便于物業(yè)管理區(qū)域控制最大的優(yōu)點(diǎn)是，各區(qū)域機(jī)組可在同一時(shí)刻各自獨(dú)立進(jìn)行制冷或制熱運(yùn)行，避免能源浪費(fèi)，充分體現(xiàn)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性和舒適性。7.結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省機(jī)房面積不需大型冷凍機(jī)房和鍋爐房，不需冷卻塔，不影響建筑美觀。小規(guī)格機(jī)組形式多樣，可直接安裝在室內(nèi)，與室內(nèi)裝修融為一體。8.對(duì)于土壤源熱泵，需要一定的地下埋管面積。但是可利用室外草地、停車場(chǎng)、道路等地方埋管。特別是對(duì)于綠化率較大的建筑工程項(xiàng)目，是比較適宜的。3自動(dòng)控制技術(shù)在熱

22、泵裝置中的應(yīng)用3.1自動(dòng)控制技術(shù)在熱泵空調(diào)裝置中的地位人類很早就進(jìn)行簡(jiǎn)陋自動(dòng)化裝置的探索，但是由于技術(shù)與理論的限制，直到年之前，都未有重大突破。年，反饋理論廣泛的應(yīng)用于電子放大器中，標(biāo)志著自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)的開始。同年，美國(guó)也出現(xiàn)了PID調(diào)節(jié)器，年，控制理論的經(jīng)典部分已基本形成。可以說(shuō)，自動(dòng)控制技術(shù)的每一步郡給空調(diào)裝置帶來(lái)重大變革。隨著控制要求的不斷提高，空調(diào)裝置從最初的簡(jiǎn)單控制發(fā)展成復(fù)雜控制系統(tǒng)。采用前饋控制控制系統(tǒng)的空調(diào)裝置，其克服干擾的能力比一般反饋控制快捷麗及時(shí)。在高精度控制的空調(diào)中常采用串級(jí)控制系統(tǒng)，將主控制器的輸出作為副控制器的外給定。副環(huán)被控制參數(shù)一般選取受干擾大，純遲延較小，反映靈

23、敏的參數(shù)，采用比例積分控制器或者比例控制器，副環(huán)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主環(huán)對(duì)象的時(shí)問常數(shù)要小，且控制效果顯著。串級(jí)控制系統(tǒng)，對(duì)于控制對(duì)象純遲延較大，時(shí)間常數(shù)較大，熱濕干擾嚴(yán)重的空調(diào)系統(tǒng)是很時(shí)宜的。例如，采用蒸汽或熱水加熱器及表冷器的室溫空調(diào)系統(tǒng)。將送風(fēng)干擾作為主干擾納入副環(huán)的送風(fēng)溫度控制系統(tǒng)，而主控制對(duì)象（空調(diào)房間）的干擾通過主控制器的作用來(lái)改變副控制器的給定值，使送風(fēng)溫度按室溫變化調(diào)整，從而減少室溫的波動(dòng)，提高控制質(zhì)量。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Directed Digital control）即DDC控制系統(tǒng)，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在常規(guī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由硬件決定，若改變控制規(guī)

24、律，則必須改變硬件；DDC控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律的改變則只需改變軟件的編制。模糊控制是人工智能領(lǐng)域中形成最早、應(yīng)用最為廣泛的一個(gè)重要分支，適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難于用傳統(tǒng)理論建模的問題。在空調(diào)系統(tǒng)的過程控制中，由于控制對(duì)象的時(shí)滯、時(shí)變和非線性的特征比較明顯，導(dǎo)致控制參數(shù)不易在線調(diào)節(jié)，而FLC卻能較好的適應(yīng)這些特征，目前已成功地應(yīng)用到家用空調(diào)器上。隨著模糊控制技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用研究的不斷深入，在控制目標(biāo)方面從早期的溫度控制發(fā)展到以熱環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)作為控制基準(zhǔn)：在控制策略方面從基于查詢表簡(jiǎn)單模糊控制發(fā)展到與其它人工智能領(lǐng)域相結(jié)合的智能模糊控制。這些智能控制方法的應(yīng)用極大的提高了空調(diào)器的控制效果。對(duì)于常

25、規(guī)控制方法，當(dāng)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)負(fù)荷變化較大時(shí)，空調(diào)器控制效果較差，主要表現(xiàn)為所控制的室內(nèi)溫、濕度波動(dòng)較大，使人有忽冷忽熱的感覺。采用模糊控制技術(shù)，使所控制的室內(nèi)溫、濕度相對(duì)穩(wěn)定，提高空調(diào)房間的舒適性。如果認(rèn)為空調(diào)自動(dòng)控制的作用僅僅是可對(duì)溫度、濕度實(shí)現(xiàn)較精確的控制，那就錯(cuò)了。其實(shí)，自動(dòng)控制的功能并不僅僅限于對(duì)溫度溫度、濕度的精確控制，它還能對(duì)房間內(nèi)的壓力、風(fēng)量、CO含量、煙氣等進(jìn)行控制，確保人們生命、設(shè)備、財(cái)產(chǎn)的安全。此外，還能實(shí)現(xiàn)能量調(diào)節(jié)。一個(gè)包含轉(zhuǎn)換控制、連鎖控制、補(bǔ)償控制、狀態(tài)監(jiān)控、能量調(diào)節(jié)等安全自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，可以極大程度上排除人員對(duì)操作過程的參與，從而大大減輕運(yùn)行和管理人員的勞務(wù)，

26、減少其誤搡作的可能性?？梢?，空調(diào)自動(dòng)控制的功能是多樣的，所起作用在很多情況下是不可替代的。3.2熱泵空調(diào)裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)熱泵空調(diào)裝置是為完成某種工藝介質(zhì)的溫度、濕度等一系列要求的機(jī)器或設(shè)備。他包括兩大部分，一是完成冷媒循環(huán)的制冷、制熱工藝系統(tǒng)，一是實(shí)現(xiàn)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)。充分認(rèn)識(shí)空調(diào)裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷、制熱工藝系統(tǒng)熱工參數(shù)調(diào)節(jié)和控制，以及裝置正常工作的保證。1.干擾多空調(diào)系統(tǒng)的干擾分為外擾和內(nèi)擾，外擾主要是送風(fēng)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的擾動(dòng)。內(nèi)擾就是指房間內(nèi)電器、照明散熱、工藝設(shè)備起停以及室內(nèi)外物品流動(dòng)等變化對(duì)室內(nèi)溫、濕度產(chǎn)生的影響。為了抑制或消除這些干擾，除了在

27、建筑熱工和空調(diào)工藝方面采取措施外，在自控設(shè)計(jì)中應(yīng)充分分析干擾來(lái)源及影響的大小，選擇合理的控制方案。2.控制對(duì)象的特性制冷空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制的主要任務(wù)是維持空調(diào)房間一定的溫度、濕度，控制效果很大程度上取決于空調(diào)系統(tǒng)本身，而不是自控部分，所以，了解空調(diào)對(duì)象的特性，是很關(guān)鍵的一個(gè)方面?？刂破髦饕匦詤?shù)包括放大系數(shù)k，時(shí)間常數(shù)和純時(shí)延時(shí)間t。3.溫度與濕度的相關(guān)性和空調(diào)系統(tǒng)的整體控制性制冷空調(diào)系統(tǒng)中主要是對(duì)溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行控制，這兩個(gè)參數(shù)常常是在一個(gè)控制對(duì)象里同時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)的兩個(gè)被調(diào)量，兩個(gè)參數(shù)在控制過程中相互影響。如房間溫度升高時(shí)，在含濕量不變的情況下，則相對(duì)濕度下降，因此在自控中要充分考慮到溫、濕

28、度的相關(guān)性。空調(diào)自控系統(tǒng)是以空調(diào)房間的溫、濕度控制為中心，通過工況轉(zhuǎn)換與空氣處理過程，每個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系在一起的整體控制系統(tǒng)，任意環(huán)節(jié)有問題，都將影響空調(diào)房間的溫、濕度控制，甚至整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作。4.具有工況轉(zhuǎn)換的控制空調(diào)系統(tǒng)是按工況運(yùn)行的，因此，自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)包括工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換部分。如夏季為制冷工況，通過控制冷水量，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。而冬季需轉(zhuǎn)換到制熱工況，通過控制熱媒，調(diào)節(jié)溫度。這是最基本的工況轉(zhuǎn)換。此外，從節(jié)能出發(fā)進(jìn)行工況轉(zhuǎn)換控制。全年運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，采用工況轉(zhuǎn)換的處理方法能達(dá)到節(jié)能的目的。為了盡量避免空氣處理過程中的冷、熱抵消，充分利用新、回風(fēng)和發(fā)揮空氣處理設(shè)備的潛力，在考慮溫、

29、濕度為主的自動(dòng)控制外，還必須考慮與其相配的和工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制。3.目前地源熱泵應(yīng)用的控制器現(xiàn)狀。目前，由于地源熱泵機(jī)組在我國(guó)應(yīng)用的還不廣泛，所以，專門針對(duì)地源熱泵機(jī)組的控制器還不多。為了保證機(jī)組的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，一般是采用用于制冷空調(diào)中的通用可編程控制器。由于這種控制器是針對(duì)制冷空調(diào)設(shè)備的，故其與熱泵機(jī)組不一定能達(dá)到很好的匹配。輸入、輸出控制端也不盡相同，且由于其設(shè)計(jì)的通用性，也帶來(lái)了價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，這些均不利于熱泵，特別是小型、戶型熱泵的推廣。4地緣熱泵機(jī)組及其控制原理4.1熱泵系統(tǒng)工作原理及能量分析4.1.1熱泵系統(tǒng)工作原理壓縮式熱泵空調(diào)機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥

30、和四通換向閥組成。壓縮機(jī)是系統(tǒng)的心臟，用來(lái)壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低壓處入到高溫高壓處出：膨脹閥對(duì)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并能調(diào)節(jié)循環(huán)工質(zhì)的流量；蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，它使來(lái)自膨脹閥節(jié)流降壓的循環(huán)工質(zhì)在其中蒸發(fā)并吸收被冷卻物體的熱量，達(dá)到制冷的目的；冷凝器是熱量輸出設(shè)備，它將工質(zhì)從蒸發(fā)器吸收的熱量以及壓縮機(jī)做功所轉(zhuǎn)換的熱量傳遞給冷卻介質(zhì)，以達(dá)到制熱的目的。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機(jī)所消耗的功起補(bǔ)償作用，使循環(huán)工質(zhì)不斷從低溫環(huán)境吸熱并向高溫環(huán)境放熱，這樣周愿復(fù)始的工作。圖4-1是熱泵系統(tǒng)工作原理圖。圖4-1.熱泵系統(tǒng)工作原理圖在圖中中間換熱工質(zhì)表示與熱泵系統(tǒng)進(jìn)行熱交換的循環(huán)介質(zhì)。在熱泵系統(tǒng)循環(huán)中虛線

31、箭頭和實(shí)線箭頭分別表示熱泵在制冷和制熱時(shí)的工質(zhì)流向。在制冷時(shí)，中間換熱工質(zhì)與換熱器（蒸發(fā)器）中與系統(tǒng)工質(zhì)進(jìn)行熱交換，系統(tǒng)工質(zhì)吸熱變成低溫低壓蒸汽后進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮成高溫高壓氣體，在換熱器（冷凝器）中與中間換熱工質(zhì)熱交換，排放熱量。中間換熱工質(zhì)的冷量可供建筑物空調(diào)用。制熱時(shí)，中間換熱工質(zhì)在換熱器（蒸發(fā)器）中與系統(tǒng)工質(zhì)熱交換，系統(tǒng)工質(zhì)吸熱變成低壓蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮成高溫高壓氣體，在換熱器（冷操器）中與中間換熱工質(zhì)熱交換，中間換熱工質(zhì)吸收熱量，可供建筑物供暖所需，這就是熱泵的工作原理。熱泵系統(tǒng)的制冷、制熱過程在壓焓圖上表示見圖4-2和圖4-3?？梢钥吹?，制冷制熱的工質(zhì)壓燴圖的形狀基本上是相同，

32、制冷循環(huán)過程是一，制熱過程是，四通換向閥的換向作用使中間、狀態(tài)點(diǎn)發(fā)生變換。圖4-2.制冷過程工質(zhì)狀態(tài)壓焓圖圖4-3.制熱過程工質(zhì)狀態(tài)壓焓圖4.1.2熱泵系統(tǒng)能量分析在理論上，理想狀態(tài)下熱泵的循環(huán)依然是逆卡諾循環(huán)，圖4-4是工質(zhì)在高溫與低溫之間循環(huán)的溫熵圖。圖4-4.逆卡諾循環(huán)溫熵圖圖中，面積代表凈輸入功，面積代表向高溫?zé)嵩瘁尫诺哪芰?，面積代表從低溫?zé)嵩次盏哪芰?。在滿足舒適性的要求下，夏季制冷工況時(shí)控制相對(duì)較高的室內(nèi)溫度可以提高熱泵機(jī)組的性能系數(shù)，起到節(jié)能降耗的作用。同理，冬季供暖時(shí)控制相對(duì)較低的室內(nèi)溫度也能達(dá)到相同的功效。4.2地緣熱泵機(jī)組工作原理地源熱泵（）是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源的既能

33、供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），即可實(shí)現(xiàn)熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移，地?zé)崮苜Y源分別在夏季和冬季作為高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩?。在冬季，把地能中的熱量“取”出?lái)，提商溫度后供給室內(nèi)采暖；在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來(lái)釋放到地層中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。（見圖4-5）圖4-5.地源熱泵工作原理示意圖地源熱泵機(jī)組在工作時(shí)與傳統(tǒng)的熱泵循環(huán)樣，它本身消耗一部分電能，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量商品位能源。地源熱泵裝置，主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥等部分組成，通

34、過讓工質(zhì)（制冷劑）不斷完成蒸發(fā)一壓縮一冷凝一節(jié)流一再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，實(shí)現(xiàn)冷、熱量轉(zhuǎn)移以達(dá)到制冷、制熱的功效。4.3地緣熱泵空調(diào)機(jī)組的自動(dòng)控制4.3.1熱泵裝置的自動(dòng)控制內(nèi)容一般來(lái)說(shuō)，熱泵裝置自動(dòng)化包括一下內(nèi)容：1.對(duì)其工藝參數(shù)（如壓力、溫度、濕度、流量等）的自動(dòng)檢測(cè)。參數(shù)檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)控制的依據(jù)。2.對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使之恒定或者按一定規(guī)律變化。對(duì)一臺(tái)自動(dòng)操作的熱泵裝置，首先期望的是維持被控對(duì)象的溫度恒定在一定范圍。對(duì)被控對(duì)象（如房間）來(lái)說(shuō)，熱泵本身就是就是這個(gè)大自控系統(tǒng)的部分。3.對(duì)熱泵機(jī)組的自動(dòng)控制，根據(jù)規(guī)定的操作程序，對(duì)機(jī)器、設(shè)備執(zhí)行一定的順序控制或程序控制。如壓縮機(jī)、四通閥、水泵

35、等的啟動(dòng)于停止。4.自動(dòng)保護(hù)。在機(jī)組工作異常，某些參數(shù)達(dá)到警戒值時(shí)，應(yīng)使設(shè)備停機(jī)或執(zhí)行保護(hù)性操作，并發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。4.3.2熱泵裝置的自動(dòng)控制目標(biāo)通過對(duì)熱泵機(jī)組的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)以及機(jī)組各主要部件的保護(hù)，以使其達(dá)到安全性、高效性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性要求。4.3.3熱泵裝置的控制裝置針對(duì)熱泵機(jī)組組成系統(tǒng)的主要部件（壓縮機(jī)、蒸發(fā)器等），以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)，將它們逐個(gè)作為小對(duì)象進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)，構(gòu)成單回路的并聯(lián)控制系統(tǒng)。目前的熱泵控制應(yīng)用中，控制件多為機(jī)械式的雙位調(diào)節(jié)或比例調(diào)節(jié)以及一些保護(hù)繼電器。這種模式能夠?qū)?shù)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)以保證裝置正常安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)必要的工藝目的。

36、電子式控制（如應(yīng)用電子膨脹發(fā)，電磁閥等），能夠以標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)傳輸信息的電腦型調(diào)節(jié)裝置，它傳感快，能迅速獲得裝置運(yùn)行中的測(cè)量值信號(hào)，可以運(yùn)用現(xiàn)代空理論中各種控制技術(shù)和控制方式，由微電腦給出調(diào)節(jié)規(guī)律并迅速執(zhí)行調(diào)節(jié)作用。目前，各種新的控制技術(shù)正在不斷的應(yīng)用與研究。如：模糊控制的應(yīng)用，遺傳算法與各種優(yōu)化算法對(duì)電子膨脹閥的應(yīng)用，應(yīng)用模糊控制對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行能量調(diào)節(jié)等。4.3.4空調(diào)房間系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)一般作為住宅、辦公用的熱泵機(jī)組，其調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖如圖4-6圖4-6.溫度控制原理圖空調(diào)房間作為調(diào)節(jié)對(duì)象，被調(diào)參數(shù)一般為溫度、濕度，給定值按一般的舒適度要求給定。一般夏季為溫度，濕度；冬季溫度，濕度。這時(shí)，整個(gè)熱泵機(jī)

37、組作為調(diào)節(jié)器來(lái)對(duì)被調(diào)對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，空調(diào)房間的容量系數(shù)較大，具有較大的儲(chǔ)蓄能力，受擾動(dòng)后，被調(diào)參數(shù)反應(yīng)比較緩慢。當(dāng)溫度精度要求不是很高時(shí)，我們可以采用雙位調(diào)節(jié)即設(shè)定溫度的上限和下限，當(dāng)溫度達(dá)到上限時(shí)，熱泵運(yùn)行，當(dāng)溫度達(dá)到下限時(shí)，停止運(yùn)行。如圖4-7圖4-7.溫度上、下限調(diào)節(jié)原理圖4.4泵機(jī)組內(nèi)部裝置的控制熱泵機(jī)組的主要組成部件有壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、四通閥、膨脹閥、截止閥及各類動(dòng)力泵等。4.4.1壓縮機(jī)的控制壓縮機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，在壓縮式熱泵系統(tǒng)中，采用著各種類型的制冷機(jī)壓縮機(jī)。它是決定系統(tǒng)能力大小的關(guān)鍵部件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行能力、噪聲、振動(dòng)、維護(hù)和使用壽命等有著直接的影響。壓縮機(jī)在系

38、統(tǒng)中的作用在于：從蒸發(fā)器把制冷濟(jì)蒸汽抽吸過來(lái)并提高其溫度和壓力，排向冷凝器，使在蒸發(fā)器中形成低壓（通過節(jié)流元件），制冷劑在所要求得溫度下吸熱沸騰；在冷凝器中高壓制冷劑過熱蒸汽在所要求的冷凝溫度下放熱冷凝，而后通過節(jié)流元件，流向蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了熱泵系統(tǒng)中制冷劑的不斷循環(huán)流動(dòng)。其功能和原理同制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)一樣。但是它們之間卻有一個(gè)最根本的不同，就是各自工作的溫度不同，也就是這一點(diǎn)，決定了熱泵用和制冷用壓縮機(jī)的各自特點(diǎn)。從原理上看，各類壓縮機(jī)均可用于熱泵和制冷機(jī)，但必須根據(jù)實(shí)際工況和條件的差別，做專門的設(shè)計(jì)，以保證在各自應(yīng)用場(chǎng)合下工作的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。對(duì)于地源熱泵來(lái)說(shuō)，由于地下溫度場(chǎng)的相對(duì)恒定，沒

39、有除霜和低溫氣候所帶來(lái)的問題，因此，其工作條件不會(huì)像空氣源熱泵那樣殘酷。1.壓縮機(jī)的能力調(diào)節(jié)壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)的方法也有多種。一般應(yīng)用的有：（）壓縮機(jī)啟、?？刂聘鶕?jù)所要求的溫度來(lái)直接控制壓縮機(jī)的啟、停，在中小型機(jī)組及負(fù)荷變化不大的情況下，此法簡(jiǎn)單可靠，但應(yīng)注意裝置負(fù)荷與壓縮機(jī)容量的正確匹配，否則容易造成啟、停過頻，吸氣壓力波動(dòng)厲害，曲軸箱內(nèi)油沸騰，壓縮機(jī)大量失油，電機(jī)過熱和運(yùn)動(dòng)件過度磨損。（）壓縮機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)的控制對(duì)于多機(jī)組或多壓縮機(jī)機(jī)組我們可以采用控制壓縮機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)的控制方法，即根據(jù)負(fù)荷的變化情況，對(duì)應(yīng)的開啟或停止某些壓縮機(jī)，以達(dá)到對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)。此方法可結(jié)合模糊控制理論，實(shí)現(xiàn)多機(jī)組的優(yōu)化智能控制。

40、另外還有熱氣旁通、變頻調(diào)節(jié)等一些能量調(diào)節(jié)方法。2.壓縮機(jī)的保護(hù)控制壓縮機(jī)作為裝置的主要部件，它的安全可靠對(duì)系統(tǒng)的安全可靠起著決定作用。其保護(hù)的方法有程序控制和參數(shù)控制。程序控制主要指的是壓縮機(jī)的停機(jī)、開機(jī)之間安全保護(hù)時(shí)間控制以及兩次開機(jī)之間的安全間隔時(shí)間控制。若是多壓縮機(jī)機(jī)組，還應(yīng)有各壓縮機(jī)之間的開、停順序控制?？刂茀?shù)主要有（）吸氣壓力保護(hù)（）排氣壓力保護(hù)（）電機(jī)過熱保護(hù)。壓縮機(jī)的排氣壓力保護(hù)與吸氣壓力保護(hù)是為了避免排氣壓力過高和吸氣壓力過低所造成的危害。熱泵裝置運(yùn)行中有許多種因素會(huì)引起排氣壓力過高。例如：操作失誤，（壓縮機(jī)啟動(dòng)后排氣閥卻未打開）；系統(tǒng)中制冷劑充注量過多，不凝性氣體含量過高，

41、冷凝器斷水或嚴(yán)重缺永等。排氣壓力過高，超過機(jī)器設(shè)備的承壓極限時(shí)，將造成人機(jī)事故。吸氣壓力過低或者低壓側(cè)被過分抽空所造成的危害是：壓力比增大，排氣溫度上升，效率下降，壓縮機(jī)工作條件惡化。單級(jí)壓縮機(jī)一般只設(shè)高、低壓保護(hù)。即在壓縮機(jī)的吸氣與排氣口處安裝壓力保護(hù)開關(guān)，當(dāng)壓力越過設(shè)定值時(shí)，開關(guān)動(dòng)作并切斷電源以保護(hù)壓縮機(jī)。電機(jī)過熱、過流保護(hù)是指由于電機(jī)線圈的短路或持續(xù)過載都會(huì)引起電機(jī)被燒毀，這時(shí)需用過流、過熱繼電器對(duì)其進(jìn)行切斷電源，保護(hù)電機(jī)。4.4.2四通閥控制四通閥用在冷暖型熱泵機(jī)組中，用來(lái)改變制冷劑流向，以實(shí)現(xiàn)冷凝器與蒸發(fā)器的切換，當(dāng)然也可以用在水路切換。因此四通閥是熱泵機(jī)組的一個(gè)關(guān)鍵控制閥門。對(duì)四通

42、閥的控制，主要是在制冷、制熱的切換，此時(shí)，應(yīng)給四通閥一個(gè)控制信號(hào)，使其動(dòng)作。四通換向閥制造廠提供的閥名義容量是指在規(guī)定的工況下通過閥吸入通道的工質(zhì)流量所產(chǎn)生的制冷量。根據(jù)我國(guó)機(jī)械工業(yè)部制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其名義工況為冷凝溫度、進(jìn)入膨脹閥液體制冷荊溫度、蒸發(fā)溫度、壓縮機(jī)吸氣溫度、通過閥吸入通道的壓力降Pa。四通閥使用注意事項(xiàng)：（）接管及接線的正確無(wú)誤（）安裝前盡量清除管內(nèi)內(nèi)腔雜物，最好在進(jìn)口出裝上一目的過濾器（）接管焊接前應(yīng)先拆下線圈，閥體用濕布包扎，以免過高的焊接溫度損壞內(nèi)部零件（）電源電壓必須與標(biāo)明的電壓種類和電壓值相一致（）在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真考慮其動(dòng)作的頻度問題。4.4.3流量調(diào)節(jié)在熱泵系統(tǒng)中，制

43、冷劑的流量調(diào)節(jié)方式有多種。一般采用可正反方向流動(dòng)的節(jié)流元件，該元件裝接在系統(tǒng)液管中。當(dāng)機(jī)組從種循環(huán)改變至另一種循環(huán)時(shí)，制冷劑也改變流動(dòng)方向。如雙向膨脹閥。熱泵機(jī)組一般選用熱力膨脹閥來(lái)控制流量，同時(shí)起降壓、降溫作用、它安裝在貯液器與蒸發(fā)器之間，閥的感溫包應(yīng)包裝在蒸發(fā)器制冷劑出口管處。在系統(tǒng)中，熱力膨脹閥有三個(gè)主要作用：1.節(jié)流降壓當(dāng)高壓常溫的制冷劑液體流過膨脹閥后，就變成低壓低溫的制冷劑液體，這些低溫低壓液體流入蒸發(fā)器后迅速蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)從外界吸熱的目的。2.控制流量膨脹閥感溫包感受蒸發(fā)器出口處的制冷荊過熱度的變化來(lái)控制閥的開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量，使其流量與蒸發(fā)器的熱負(fù)荷相匹配。當(dāng)蒸發(fā)

44、器負(fù)荷增加時(shí)，閥開度也增大，制冷劑流量隨之增加，當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，閥開度就減小，制冷劑流量隨之減少。3.控制過熱度膨脹閥具有控制蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度的功能，可保證蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用。熱力膨脹閥的選擇方法：1.容量選擇就是根據(jù)膨脹聞制造廠提供的擴(kuò)展容量表進(jìn)行的，在擴(kuò)展容量表中應(yīng)包括適用工質(zhì)，產(chǎn)品型號(hào)，蒸發(fā)溫度，冷凝溫度和通過閥的壓力降。對(duì)不同蒸發(fā)溫度，不同壓力降下的閥容量，選擇時(shí)應(yīng)注意設(shè)計(jì)的制冷（熱）工況，和名義工況相一致。還應(yīng)注意通過閥的壓力降不是設(shè)計(jì)時(shí)的冷凝壓力和蒸發(fā)壓力的差值，必須減去冷凝器、蒸發(fā)器、分液器和管路閥門的阻力。我國(guó)機(jī)械工業(yè)部專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱力膨脹閥的名義工況規(guī)定為：冷凝溫度，

45、進(jìn)入膨脹閥液體溫度，蒸發(fā)溫度，通過閥壓力降，膨脹閥靜止過熱度，膨脹閥過熱度變化。2.最大工作壓力（）所謂熱力膨脹閥最大工作壓力，就是當(dāng)制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)壓力達(dá)到某一預(yù)定壓力值時(shí)，使閥關(guān)閉，而當(dāng)蒸發(fā)壓力降到額定壓力以下時(shí)，閥才正常工作。這一預(yù)定壓力稱為膨脹閥最大工作壓力。具有特性的膨脹閥在制冷系統(tǒng)中能起到兩個(gè)主要作用：一是當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后，膨脹閥及時(shí)關(guān)閉，使蒸發(fā)器中不會(huì)出現(xiàn)過多的積液，當(dāng)壓縮機(jī)重新啟動(dòng)時(shí)，就不會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)沖缸。二是由于的限壓作用，當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后再次啟動(dòng)時(shí)，蒸發(fā)壓力一定要降到值以下，閥才開始正常工作，所以啟動(dòng)時(shí)，由于吸氣壓力比較低，就不會(huì)過載。一般值應(yīng)取，應(yīng)注意不是所有的膨脹閥都具有特

46、性，應(yīng)在訂貨時(shí)向制造廠提出。特別在一些熱泵系統(tǒng)中，溫包所在位置的管道在制冷、制熱循環(huán)切換時(shí)會(huì)遇到高溫，必須選用具有特性的熱力膨脹閥。3.電子膨脹閥熱力膨脹閥是溫包傳感，機(jī)械作用的流量調(diào)節(jié)閥。它只能適用于傳統(tǒng)的控制模式，即構(gòu)成簡(jiǎn)單的過熱度閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大體上的比例型流量調(diào)節(jié)。從控制角度看，還存在著許多問題。如調(diào)節(jié)品質(zhì)不高；調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)法與計(jì)算機(jī)接口：工作溫度范圍窄；溫包傳感慢引起反應(yīng)滯后和調(diào)節(jié)波動(dòng)。特別是在低溫裝置中，熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)振蕩問題比較突出。為了從根本上克服熱力膨脹閥的不足，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，電子膨脹閥的應(yīng)用勢(shì)在必行。目前應(yīng)用較多的是電動(dòng)式膨脹閥（以四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)）。由于采用電

47、子式控制，使得先進(jìn)的控制手段運(yùn)用于制冷劑流量控制成為可能。電子膨脹閥的主要優(yōu)點(diǎn)有：（）流量調(diào)節(jié)不受冷凝壓力變化的影響。（）可對(duì)膨脹閥前制冷劑的過冷度變化具有補(bǔ)償作用。（）由于電信號(hào)傳遞快，執(zhí)行動(dòng)作迅速，準(zhǔn)確，故能夠及時(shí)精確的調(diào)節(jié)流量。即使負(fù)荷變化劇烈，也能避免振蕩。（）能夠?qū)⒄舭l(fā)器出口過熱度控制在最小，從而最大限度的提高蒸發(fā)器傳熱面積的利用率。（）在裝置的整個(gè)運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，可以具有相同的過熱度設(shè)定值。（）可以根據(jù)裝置的實(shí)際情況決定調(diào)節(jié)規(guī)律，不僅局限于比例調(diào)節(jié)，還可以是、調(diào)節(jié)等。5地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)變流量自動(dòng)控制設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制應(yīng)該能夠采集，檢測(cè)空調(diào)裝置的工藝參數(shù)，如壓力，溫度，流量等，同時(shí)

48、自動(dòng)調(diào)節(jié)某些工藝參數(shù)，使之恒定或按一定規(guī)律變化，還應(yīng)對(duì)裝置自動(dòng)控制?？照{(diào)系統(tǒng)兩個(gè)水系統(tǒng)采用變流量控制，已經(jīng)受到越來(lái)越多人的重視。土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)變流量控制方式對(duì)空調(diào)系統(tǒng)兩個(gè)水系統(tǒng)循環(huán)泵進(jìn)行變流量控制，是在一定的控制方式下實(shí)現(xiàn)的。常見的變流量控制方式有壓差變流量控制，溫差變流量控制。5.1壓差變流量控制原理壓差變流量控制是用變頻器改變泵的流量,保持空調(diào)系統(tǒng)供/回水干管兩側(cè)壓差的穩(wěn)定。它是目前工程設(shè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最多的一種方案，從泵的運(yùn)行特性出發(fā),充分發(fā)揮水泵效率，采用這種控制方式下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。圖5-1、壓差變流量控制流程圖基本原理：設(shè)空調(diào)系統(tǒng)供、回水干管兩端壓差分別為P1、P0;HB為循環(huán)

49、水泵的揚(yáng)程;Q0管網(wǎng)總流量;S1為冷源側(cè)管網(wǎng)阻抗:S2負(fù)荷側(cè)管網(wǎng)阻抗:S管網(wǎng)總阻抗;H壓差設(shè)定值。供、回水干管兩端壓差：P1-P0HB-S1Q02(1)循環(huán)水泵揚(yáng)程：HBSQ02(2)則有：HP1-P0（S-S1）Q02S2Q02(3)由于只考慮到系統(tǒng)的管網(wǎng)特性,為考慮系統(tǒng)的熱力特性,不能反映系統(tǒng)負(fù)荷的變化,不能保證室內(nèi)溫/濕度要求,節(jié)能效果不明顯。對(duì)泵的要求很高,要求泵的性能曲線陡峭,性能曲線平滑的效果不明顯。對(duì)于土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng),外循環(huán)管網(wǎng)阻抗變化不大,很難實(shí)現(xiàn)對(duì)外循環(huán)泵的壓差變流量控制。因?yàn)殡S著水溫度的上升或降低,系統(tǒng)的壓力也會(huì)隨著增大或減小,這使得控制變得撲朔迷離。找到一個(gè)符合系統(tǒng)管

50、網(wǎng)特性的H設(shè)定值較困難。5.2溫差變流量控制原理溫差變流量控制是用變頻器改變泵的流量,保持空調(diào)系統(tǒng)供/回水溫差穩(wěn)定。從空調(diào)系統(tǒng)熱力特性出發(fā),能保證室內(nèi)溫/濕度要求，能夠反映系統(tǒng)負(fù)荷的變化,供/回水溫差可達(dá)到4.5以上,節(jié)能效果明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)內(nèi)/外循環(huán)泵變流量控制,適用于土壤源熱泵變流量控制。圖5-2、溫差變流量控制流程圖基本原理：Q為實(shí)時(shí)負(fù)荷量；T空調(diào)系統(tǒng)供、回水溫差；Q0管網(wǎng)總流量。QQ0T/0.86(4)保持T恒定，Q0隨著Q的變化而變化。溫差變流量控制沒有考慮系統(tǒng)管網(wǎng)特性,可能會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。因而只適用于管網(wǎng)特性基本不變或變化不大的空調(diào)系統(tǒng)。由于機(jī)組本身具有根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)

51、節(jié)的功能,采用該控制方法會(huì)出現(xiàn)與機(jī)組控制不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象,甚至?xí)绊憴C(jī)組的正常工作。5.3土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)變流量控制通過對(duì)壓差變流量控制，溫差變流量控制分析可以看出，壓差變流量控制節(jié)能效果不明顯，控制不容易實(shí)現(xiàn)。溫差變流量控制節(jié)能效果明顯，容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)系統(tǒng)管網(wǎng)特性有一定的要求。對(duì)于土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用溫差變流量控制能夠?qū)蓚€(gè)水系統(tǒng)循環(huán)泵進(jìn)行變流量控制，特別是對(duì)于外循環(huán)泵，由于外循環(huán)管網(wǎng)特性基本穩(wěn)定，S（管網(wǎng)阻抗）基本不變，采用溫差變流量控制方式效果更明顯。6控制方案的制定6.1控制方案原理該工程采用DDC(directdigitalcontrol)直接數(shù)字化控制系統(tǒng)。由于小區(qū)各支路負(fù)荷相差不

52、大，空調(diào)末端管網(wǎng)特性相對(duì)穩(wěn)定。冬季末端空調(diào)水系統(tǒng)采用室內(nèi)循環(huán)供/回水溫差,室內(nèi)循環(huán)供水溫度和機(jī)組工作狀況相結(jié)合的控制方式，為了保證室內(nèi)溫度要求，控制方案中考慮了室內(nèi)循環(huán)供水溫度。對(duì)于地下埋管循環(huán)水系統(tǒng)采用地下埋管供/回水溫差,蒸發(fā)器出口溫度和機(jī)組工作狀況相結(jié)合的控制方式。對(duì)蒸發(fā)器出口溫度的控制是基于防止地下水溫度過低出現(xiàn)結(jié)冰考慮的。圖6-1.冬季內(nèi)循環(huán)變流量控制環(huán)路圖6-2.冬季外循環(huán)變流量控制環(huán)路6.2控制設(shè)備選擇6.2.1現(xiàn)場(chǎng)儀表選擇儀表選擇應(yīng)注意儀表的精度，測(cè)量范圍和輸出信號(hào)的類型。儀表精度代表儀表的靈敏程度，根據(jù)所需被測(cè)參數(shù)的精度要求選擇；測(cè)量范圍應(yīng)在被測(cè)參數(shù)的波動(dòng)范圍內(nèi)；輸出信號(hào)的類

53、型有電流信號(hào)（如420MA）,電壓信號(hào)（如05V）和電阻信號(hào)（如鉑電阻46100）。一般來(lái)說(shuō)電流電壓信號(hào)易受周圍環(huán)境的干擾，但對(duì)接受信號(hào)的板卡要求不高；而電阻信號(hào)不易受周圍環(huán)境的干擾，但對(duì)接受信號(hào)的板卡要求很高。本工程溫度采集采用RWB系列一體化溫度變送器，精度±5，測(cè)量范圍080，輸出信號(hào)420MA；壓力采集采用WQSBP800系列壓力變送器，精度0.1，測(cè)量范圍01.2MP，輸出信號(hào)420MA；流量采集采用1151DP差壓變送器，精度1，測(cè)量范圍31.1186.8KP，輸出信號(hào)420MA。6.2.2熱泵機(jī)組冷凝器端電動(dòng)閥選取本工程采用的熱泵機(jī)組有三臺(tái)壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)三個(gè)冷凝器，熱泵機(jī)組

54、可以根據(jù)蒸發(fā)器和冷凝器的進(jìn)/出口水溫和通過的水流量對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行多級(jí)卸載。如果在壓縮機(jī)停止工作的情況下，與其對(duì)應(yīng)的冷凝器還有水流通過時(shí)，會(huì)造成能源的浪費(fèi)。假設(shè)冬季某一時(shí)刻1，2號(hào)壓縮機(jī)停止工作，3號(hào)壓縮機(jī)正常工作下，設(shè)冷凝器流量G，1，2，3號(hào)冷凝器流量都為G/3,冷凝器進(jìn)口溫度T1，出口溫度T2，3號(hào)冷凝器吸熱量Q，3號(hào)冷凝器出口溫度T1'.Q=G(T1'-T1)/(0.86*3)=G(T2-T1)/0.86得T2=(T1'+2T1)因T1'>T1,所以T1'>T2.這就會(huì)造成能源的浪費(fèi)。因而在三個(gè)冷凝器出口處安裝電動(dòng)閥，與熱泵機(jī)組壓縮機(jī)聯(lián)動(dòng)

55、，壓縮機(jī)工作與其對(duì)應(yīng)的冷凝器上電動(dòng)閥打開，壓縮機(jī)停在工作與其對(duì)應(yīng)的冷凝器上電動(dòng)閥關(guān)閉。6.2.3變頻器選擇變頻器選擇主要是其功率的選擇。變頻器功率一般按泵功率的1.1倍選取。這樣選取會(huì)造成變頻器選取不當(dāng)，變頻器可能在泵在額定電流下不能正常工作，出現(xiàn)電流過載的故障。應(yīng)按照水泵的額定電流和水泵功率相結(jié)合選取。如水泵功率為55KW，額定電流為101A，按泵功率選取功率大于W1=55*1.1=60.5W的變頻器，按額定電流選取功率大于W2=1.732*380*101=66.5KW的變頻器.最后選取功率大于66.5KW的變頻器。本工程選取變頻器FRN45P11S-4CX和FRN75P11S-4CX兩臺(tái)。

56、6.2.4控制設(shè)備選取1.工控機(jī)采用ADVANTECH工控機(jī),可采集包括溫濕度、壓力、流量、功率和液位傳感器變送的120路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),并且還能拓展采集路數(shù)。軟件系統(tǒng)采用INTELLUTION基于PC機(jī)的分布式處理客戶/服務(wù)器的FIX軟件,它是一種分布式自動(dòng)化和控制軟件。其基本功能是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理,還具有監(jiān)視、監(jiān)控、報(bào)警、控制、數(shù)據(jù)歸檔和報(bào)表等功能。不僅能夠顯示數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線,而且可以顯示數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)曲線。軟件系統(tǒng)提供了一套VisualBasic語(yǔ)言函數(shù)集,可以讀寫系統(tǒng)中的任一數(shù)據(jù)點(diǎn),軟件系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)為我們編寫解決自動(dòng)控制問題的軟件提供了工具,可以用VisualBasic快速開發(fā)與現(xiàn)

57、場(chǎng)數(shù)據(jù)相關(guān)的應(yīng)用程序。其處理能力可以滿足各種類型的配置和處理策略,并可方便地進(jìn)行分布式處理或集中式處理。2.其它設(shè)備模擬量輸入接口板1塊，主要用于將模擬量輸入調(diào)理板調(diào)理的現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字信號(hào)，直接供計(jì)算機(jī)接受。實(shí)現(xiàn)A/D模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。供顯示器顯示現(xiàn)場(chǎng)采集的溫度，壓力和流量數(shù)據(jù)。模擬量輸出接口板1塊，主要用于接受計(jì)算機(jī)送來(lái)的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，直接經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出給模擬量輸出調(diào)理板，用于輸出控制變頻器的電流信號(hào)。模擬量輸入調(diào)理板3塊，主要用于接受現(xiàn)場(chǎng)輸來(lái)的電流信號(hào)，并輸入到模擬量輸入接口板中進(jìn)行模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。模擬量輸出調(diào)理板1塊，主要用于接受模擬量輸出接口板的電壓信號(hào)輸?shù)阶冾l器的控制端。開關(guān)量輸入調(diào)理板1塊，主要用于接受現(xiàn)場(chǎng)的開/關(guān)信號(hào)。開關(guān)量輸出調(diào)理板1塊，主