地源熱泵系統(tǒng)需要監(jiān)控哪些數(shù)據(jù)及如何自動控制？
時間:2022-02-23
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地源熱泵系統(tǒng)需要監(jiān)控哪些數(shù)據(jù)及如何自動控制？
我國應(yīng)用地源熱泵的面積逐漸增大，對于已經(jīng)建成的地源熱泵系統(tǒng)需要進(jìn)行有效的監(jiān)督管理，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，主要的監(jiān)控內(nèi)容如下：
1、地源熱泵使用的業(yè)主或是物業(yè)管理處要定時對系統(tǒng)的地下系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行檢測，還要進(jìn)行日常的全面維護(hù)工作。
2、地源熱泵系統(tǒng)的管理人員必須要熟練的掌握地下參數(shù)檢測系統(tǒng)的使用，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，出現(xiàn)故障時要及時的進(jìn)行修理。
3、地源熱泵在運(yùn)行期間發(fā)生的任何異常與故障在做好記錄的同時還要及時的進(jìn)行處理，避免造成系統(tǒng)的無法使用。
4、對地源熱泵傳感器的定期標(biāo)定與檢測系統(tǒng)的定期檢驗。
5、為了保護(hù)地下的水文、地質(zhì)環(huán)境等，因此必須對地溫、水溫、水位、水流量、滲流速度與流向、水質(zhì)等進(jìn)行檢測。
為了地源熱泵能夠健康穩(wěn)定的發(fā)展，使用與檢測是十分重要的工作，切不可盲目使用，影響后期的運(yùn)行效果，對地質(zhì)等環(huán)境造成危害。
地源熱泵自動控制系統(tǒng)內(nèi)容
在整個地源熱泵系統(tǒng)中，自動控制對系統(tǒng)的監(jiān)測控制范圍包括以下部分：埋管區(qū)域地溫監(jiān)測
通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控、全系統(tǒng)輸入／輸出能量計量、全系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行控制。
2.1埋管區(qū)域地溫監(jiān)測
2.1.溫度傳感器的布置
為監(jiān)測地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過程中埋管周圍土壤溫度的變化狀況，本系統(tǒng)特設(shè)有土壤溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
埋點(diǎn)分布：將整個埋管區(qū)域劃分成若干區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)選取2個具有代表性的點(diǎn)作為監(jiān)測點(diǎn)。為了滿足監(jiān)測需求，
監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)滿足如下條件：
1）監(jiān)測井分為2類：一類是將溫度傳感器同豎直埋管一起固定下埋（以下稱為ｉ類監(jiān)測點(diǎn)），對管井進(jìn)行監(jiān)測；另一類是設(shè)置單獨(dú)的溫度監(jiān)測井（以下稱為ii類監(jiān)測點(diǎn)），用其他載體固定溫度傳感器埋入井內(nèi)。
2）監(jiān)測井的選點(diǎn)：根據(jù)埋管區(qū)域的大小及地形，確定2類監(jiān)測井的數(shù)量和點(diǎn)位，滿足監(jiān)測需求 其中，單獨(dú)監(jiān)測井既有埋管區(qū)域邊沿部位，也應(yīng)有埋管區(qū)域中間部位。
3）每個監(jiān)測井內(nèi)傳感器的數(shù)量及埋深：根據(jù)井深及穿越的地質(zhì)構(gòu)造情況確定傳感器數(shù)量及埋深，保證每種構(gòu)造層都有監(jiān)測點(diǎn)。
4）要確保傳感器和導(dǎo)線在高壓、偏堿性土質(zhì)（及液體）環(huán)境下的長期穩(wěn)定使用。
2.1.2土壤溫度數(shù)據(jù)采集
溫度傳感器埋設(shè)完成后，通過屏蔽導(dǎo)線連接進(jìn)入機(jī)房，地埋管溫度傳感器連接到機(jī)組機(jī)房后，通過專門的溫度采集顯示主機(jī)進(jìn)行信號的采集，溫度采集顯示主機(jī)具備通訊接口和開放通訊協(xié)議。
在控制室設(shè)置1臺電腦，通過RS485通訊接口和通訊線纜與值班室內(nèi)的地埋管溫度采集計算機(jī)進(jìn)行通訊連接，
采集、存儲土壤溫度信號，供中央操作站節(jié)能管理軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)存儲分析。
2.1.3土壤換熱器的監(jiān)控功能
空調(diào)系統(tǒng)第二個夏季運(yùn)行前一個月，DDC通過土壤溫度傳感器收集土壤溫度并計算平均值，與第一個夏季運(yùn)行前檢測的平均值比較。當(dāng)平均溫度高于第一個夏季平均溫度設(shè)定值時（比如0.3℃），開啟冷卻塔、冷卻水泵、地源側(cè)冷水泵對土壤進(jìn)行降溫，直至土壤達(dá)到常年正常溫度為止。
2.2通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控
2.2.1 新風(fēng)處理機(jī)組的控制通過溫、濕度傳感器和壓差控制開關(guān)，監(jiān)測新風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障報警狀態(tài)以及手動／自動運(yùn)行狀態(tài)；監(jiān)測新風(fēng)機(jī)送風(fēng)溫度，新風(fēng)機(jī)組與新風(fēng)門的聯(lián)鎖控制程序：空調(diào)機(jī)組開啟時，自動打開新風(fēng)門，停機(jī)時自動關(guān)閉新風(fēng)門。
2.2.2 風(fēng)機(jī)盤管的控制
通過室內(nèi)溫、濕度傳感器監(jiān)測室內(nèi)的溫度和濕度，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，電動兩通閥自動關(guān)閉，切斷冷凍水的供應(yīng)，從而起到控制風(fēng)機(jī)盤管的啟停作用。隨著室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管的啟停，供水主管上裝有水壓差傳感器的壓差控制開關(guān)監(jiān)測當(dāng)前水壓差，然后將信號傳輸至控制器，控制器經(jīng)過PID運(yùn)算控制安裝在分、集水器旁路上的壓差調(diào)節(jié)閥的開度，維持供、回水壓差恒定于設(shè)定值。
2.3 全系統(tǒng)輸入／輸出能量計量
計量類別包括系統(tǒng)耗電總量（輸入）和系統(tǒng)熱量產(chǎn)能（輸出），以達(dá)到計算系統(tǒng)能耗及能效比之目的。
2.3.1 電能消耗計量
機(jī)房內(nèi)通過控制柜電能表計量全部空調(diào)機(jī)組和循環(huán)水泵的耗電量。通過每層樓配電柜計量各風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)組的耗電量。通過電能計量統(tǒng)計系統(tǒng)耗能；電能計量儀表設(shè)置應(yīng)靠近用電設(shè)備，盡量集中計量，以保證計量精度、計量數(shù)據(jù)傳輸方便。
2.3.2 熱量產(chǎn)能計量
系統(tǒng)能量輸出由空調(diào)熱水系統(tǒng)、地源循環(huán)水系統(tǒng)、夏季板換水系統(tǒng)和用戶側(cè)空調(diào)水系統(tǒng)4個系統(tǒng)組成。通過熱能表對進(jìn)水管和出水管的溫度采集結(jié)合管內(nèi)的流量進(jìn)行計算，得出每個系統(tǒng)的能量輸出。
地源熱泵系統(tǒng)中熱能表的安裝：在地源側(cè)（埋管系統(tǒng)）干管上安裝1只，用來計量地源側(cè)能量輸出；用戶端干管上安裝1只，用來計量用戶側(cè)能量輸出；每層樓水平干管上安裝18只，用來計量樓每層能量的輸出；熱水干管上機(jī)房端安裝1只，用來計量熱水能量輸出；冷卻塔干管上安裝1只，用來計量冷卻塔的能量輸出。共有22個計量點(diǎn)。
地源熱泵系統(tǒng)通過采集空調(diào)熱水系統(tǒng)、地源循環(huán)水系統(tǒng)、夏季板換水系統(tǒng)、用戶側(cè)空調(diào)水系統(tǒng)的能量輸入和輸出，計算系統(tǒng)的總能量以及通過電能表計量主機(jī)、地源側(cè)水泵、用戶側(cè)水泵、冷卻塔側(cè)水泵以及末端風(fēng)機(jī)盤管的耗電量。最后通過能量的輸入／輸出和系統(tǒng)總耗電量計算機(jī)房能效比和整棟大樓的能效比。
2.4全系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行控制
通過對機(jī)房內(nèi)主要設(shè)備的監(jiān)控，實現(xiàn)機(jī)房的自動控制。具體監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)見圖3。
基本控制功能：
?、儆芍醒氡O(jiān)控系統(tǒng)按內(nèi)部預(yù)先編寫的時間程序或通過管理中心操作員，啟動地源熱泵機(jī)組及各相關(guān)設(shè)備之聯(lián)鎖控制。系統(tǒng)能保證各設(shè)備開機(jī)／關(guān)機(jī)的順序。當(dāng)其中一臺水泵出現(xiàn)故障時，備用水泵會自動投入工作。
1.部分熱回收地源熱泵機(jī)組2臺
2.全熱回收地源熱泵機(jī)組1臺
3.用戶側(cè)空調(diào)泵2臺（1用1備）
4.衛(wèi)生熱水循環(huán)空調(diào)泵2臺（1用1備）
5.地源側(cè)循環(huán)泵4臺（3用1備）
6.衛(wèi)生熱水循環(huán)水泵4臺（2用2備）
7.熱水箱2個
8.夏季用板式換熱器1個
9.冷卻塔1個
10.冷卻塔循環(huán)泵2臺（1用1備）能夠完成主機(jī)的啟停工作，自動控制系統(tǒng)對機(jī)組自帶的控制功能做分控接口，對主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對主機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、分析和統(tǒng)計。
?、诟鶕?jù)供／回水溫差和回水流量計算系統(tǒng)在
該區(qū)域的冷（熱）負(fù)荷，并根據(jù)實際冷（熱）負(fù)荷以及機(jī)組的運(yùn)行時間累計決定機(jī)組的啟停組合及臺數(shù)。
?、蹖Φ卦礋岜脵C(jī)組的電動蝶閥進(jìn)行分組控制，并與地源熱泵機(jī)組實現(xiàn)聯(lián)動功能。④對地源側(cè)循環(huán)水泵的啟停進(jìn)行控制，并對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；對每臺水泵的運(yùn)行時間進(jìn)行記錄，啟動機(jī)組時，根據(jù)水泵的運(yùn)行時間決定開啟哪臺水泵；當(dāng)水泵運(yùn)行到一定的時間時，自動提示對水泵進(jìn)行監(jiān)測和保養(yǎng)。
?、輰τ脩魝?cè)的循環(huán)水泵和樓層電動蝶閥進(jìn)行控制，樓層的電動蝶閥分為辦公模式（全開）、加班模式（單獨(dú)開啟指定樓層的電動蝶閥）和下班模式（全關(guān)）；對用戶側(cè)的循環(huán)水泵的啟停進(jìn)行控制，并對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。
?、迿C(jī)組與熱水箱之間的加熱循環(huán)控制應(yīng)由水箱溫度確定：水箱溫度達(dá)到51℃時加熱泵停機(jī)，水箱溫度低于49.5℃時加熱泵運(yùn)行。且應(yīng)分為夏季和其他2種模式：在夏季（空調(diào)機(jī)組制冷，熱回收生產(chǎn)熱水），如加熱泵停機(jī)時間達(dá)15分鐘時，應(yīng)自動打開熱水箱底部排水閥，將熱水排到地面雨水收集水池，至下限水位關(guān)閉，冷水補(bǔ)充。此后水箱溫度下降，加熱泵再次運(yùn)行，以保證系統(tǒng)制冷能力；在其他季節(jié)，水箱溫度達(dá)到52.5℃后水泵停機(jī)保溫，不排水，待水溫降到50.5℃時再開機(jī)加熱。
3.自動控制監(jiān)測數(shù)據(jù)
通過上述控制和監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)的各項指標(biāo)。如冷凍水溫度、流量和冷卻水溫度、流量等。通過數(shù)據(jù)處理，計算出整個系統(tǒng)主機(jī)、各個樓層用戶、地埋管系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、衛(wèi)生熱水系統(tǒng)等各個系統(tǒng)的耗能和產(chǎn)生的能量，從而計算整個空調(diào)系統(tǒng)以及各個分系統(tǒng)的能效。通過數(shù)字終端系統(tǒng)以圖表的形式直觀地呈現(xiàn)各項數(shù)據(jù)。
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用完善的自動控制系統(tǒng)，較好地實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的自動控制和系統(tǒng)能效監(jiān)測：
1）通過對地埋管的溫度監(jiān)測，掌握地下溫度變化情況，切換冷卻塔與地源熱泵的使用狀態(tài)；
2）通過對通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測、管理實現(xiàn)在滿足使用條件下的節(jié)能運(yùn)行；
3）通過對全系統(tǒng)的能量輸入和輸出的計量，達(dá)到對系統(tǒng)整體能耗的評估計算和集中管理；
4）通過對全系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行控制，實現(xiàn)系統(tǒng)無人值守的功能。
自動控制在地源熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制和監(jiān)測，同時通過遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞綄⒄麠澊髽堑哪芎谋O(jiān)測以動態(tài)方式傳輸至監(jiān)測平臺，為我國發(fā)展“十二五”節(jié)能減排計劃中建設(shè)我國大型公共建筑監(jiān)測平臺提供了參考。
