水/地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)

文｜北京江森自控有限公司 黃志波 羅啟軍 沈昭華

1 水/地源熱泵工作原理及設(shè)備

水/地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、河流、湖泊、土壤或地表水等）或者是人工再生水源（工業(yè)廢水、地?zé)嵛菜龋崿F(xiàn)可供熱、可制冷的高效、環(huán)保、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。

地球表面淺層水源（一般深度在1000m以內(nèi)）和土壤源，如地下水、地表的河流、湖泊和海洋以及土壤中，吸收了太陽輻射出的大量能量，溫度一般都十分穩(wěn)定。水/地源熱泵系統(tǒng)在夏季將建筑物中的熱量“吸取”出來，釋放到水體或土壤中去，由于水源或土壤溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達(dá)到為建筑物制冷的目的；在冬季，則是通過熱泵機組，從水源或土壤中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。

水/地源熱泵系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：

（1）采用清潔能源技術(shù)。水/地源熱泵技術(shù)利用儲存于地表淺層的可再生能源，為人們提供供暖空調(diào)。在利用地下水以及地表水源的過程當(dāng)中，水源水經(jīng)過熱泵機組后，只是交換了熱量，水質(zhì)幾乎沒有發(fā)生變化，經(jīng)回灌至地層或重新排入地表水體后，幾乎不會對原有水源造成污染。所以水/地源熱泵是一種清潔能源，是可持續(xù)發(fā)展的“綠色裝置”。

（2）經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)。地球表面、淺層水源及土壤源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，水源一般為10℃～25℃，冬季比環(huán)境空氣溫度高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比高；夏季比環(huán)境空氣溫度低，制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機組效率高。一般情況下，水源熱泵的制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5～5.5。傳統(tǒng)鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)只能將90%以上的電能或70%～90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，效率比水源熱泵差很多。而傳統(tǒng)的空氣源熱泵的制冷、制熱系數(shù)通常為2.2～3.0，而且在冬季環(huán)境溫度過低時，空氣源熱泵將無法工作。據(jù)統(tǒng)計，水源熱泵方式的能量利用效率比空氣源熱泵高出40%以上。

（3）系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。地球表面或淺層水源及土壤源一年四季溫度較恒定，其波動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動。使得水源熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性，不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

（4）環(huán)境效益顯著。開發(fā)推廣水/地源熱泵技術(shù)，可代替中小型燃煤鍋爐房。水/地源熱泵裝置沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，沒有任何污染，不會影響城鎮(zhèn)的環(huán)境質(zhì)量。

從構(gòu)成上來講，水/地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由三部分組成：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。地源熱泵工作流程圖，如圖1所示。

（1）冷熱源側(cè)系統(tǒng)

冷熱源側(cè)系統(tǒng)主要是指從水源熱泵機組到取水終端或埋管終端的所有設(shè)備及管路系統(tǒng)。對于地下水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)而言，冷熱源側(cè)系統(tǒng)主要指取水井、回灌井以及從水井到水源熱泵機組之間的輔助設(shè)備和管線；對于地表水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)而言，冷熱源側(cè)部分主要指河流、湖泊較穩(wěn)定的適合水源熱泵使用的水體，以及從水源到水源熱泵機組之間的輔助設(shè)備和管線；對于埋管式土壤源應(yīng)用系統(tǒng)而言，冷熱源側(cè)系統(tǒng)主要指從土壤源到水源熱泵機組之間的管線及輔助換熱設(shè)備。

圖1 水地源熱泵工作流程圖

（2）水/地源熱泵機組

水/地源熱泵機組是整個水/地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的核心部分，其主要部件為壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器等。機組通過閥門的切換來實現(xiàn)冬夏季節(jié)的工況轉(zhuǎn)換，如圖2所示。

（3）用戶側(cè)系統(tǒng)

水/地源熱泵系統(tǒng)的室內(nèi)末端分配系統(tǒng)選擇相當(dāng)靈活，可以采用多種方式，如風(fēng)機盤管、地板采暖、全空氣系統(tǒng)等。

室內(nèi)末端分配系統(tǒng)一般要求既能供熱又能供冷，設(shè)計時必須兩者兼顧。水/地源熱泵系統(tǒng)通常采用吊頂上送風(fēng)和地板四周下送風(fēng)兩種類型的送風(fēng)系統(tǒng)。

2 水/地源熱泵控制工藝與控制策略

水/地源熱泵系統(tǒng)不是單獨的設(shè)備，經(jīng)常是在多種設(shè)備、多種工況的復(fù)雜條件下聯(lián)合運行，系統(tǒng)的正常、安全、節(jié)能運行需要依靠一套成熟穩(wěn)定的控制系統(tǒng)來進(jìn)行管理。控制系統(tǒng)的功能主要有以下三類：

（1）水/地源監(jiān)控

對水/地源熱能載體的溫度、壓力、流量、水質(zhì)進(jìn)行檢測控制，以確保滿足熱泵機組的運行要求。這里有通過在水/地源側(cè)進(jìn)出水總管上設(shè)置溫度傳感器，檢測通過釋放或吸收地?zé)岷蟮乃疁夭睿煌ㄟ^總管上的流量計測出冷卻水總流量；在一個制冷季和制熱季后，根據(jù)總管的進(jìn)出水參數(shù)得出地源熱泵一年中向土壤吸收和排放的熱量，并結(jié)合土壤熱電偶所測溫度，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整下一個制冷季和制熱季時地源熱泵的啟停動作參數(shù)，從而使地埋管周圍的土壤溫度維持平衡。

（2）運行狀態(tài)監(jiān)控

對水泵、閥門、機組的狀態(tài)、故障、能耗及參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。主要包括啟?？刂?、工況控制、壓差控制和顯示報警等。

① 啟?？刂?/p>

圖2 水/地源熱泵機組冬夏季工況轉(zhuǎn)換

整個水/地源熱泵系統(tǒng)的啟?？刂?，必須嚴(yán)格按照工藝要求的系統(tǒng)連鎖啟動順序：冷卻水（地埋管）環(huán)路——冷凍水環(huán)路——熱泵機組。還需自動記錄各機組和水泵的運行小時數(shù)，每次優(yōu)先啟動運行小時數(shù)少的機組和水泵。

②工況控制和壓差控制

根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r靈活設(shè)定熱泵機組的制冷工況和制熱工況的時間。且當(dāng)建筑負(fù)荷較低時，首先啟動一臺水/地源熱泵機組，當(dāng)冷負(fù)荷增大、且根據(jù)冷水供回水管檢測參數(shù)計算出的實時冷負(fù)荷超過熱泵機組的額定量時，第二臺機組投入運行，反之亦然。此外，根據(jù)設(shè)定壓差控制負(fù)荷供水流量，以適應(yīng)末端環(huán)路的負(fù)荷變化。

（3）顯示、報警

主要包括機組和設(shè)備運行狀態(tài)（啟、停）顯示，故障報警；各溫度、壓力、流量監(jiān)測點測量值顯示和記錄；瞬時冷量和累積流量的顯示和記錄；冷水供回水壓差顯示，高限報警；機組和設(shè)備的運行小時數(shù)顯示與記錄等。

（4）節(jié)能優(yōu)化

控制系統(tǒng)可對整個水/地源熱泵系統(tǒng)的聯(lián)動、節(jié)能運行進(jìn)行優(yōu)化，使其根據(jù)實際情況達(dá)到最佳的運行狀況。其中，在水/地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中使用變流量水系統(tǒng)，可以實現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷的實時跟蹤，降低不必要的能量消耗，并且通過運用變頻調(diào)速技術(shù)使水泵和風(fēng)機根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷不斷調(diào)整流量，實現(xiàn)室溫的精確控制，使空調(diào)系統(tǒng)處于負(fù)荷匹配的理想運行狀態(tài)。水/地源熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

3 水/地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)

水/地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能運行對自動控制的依賴程度很高，只有精準(zhǔn)的控制才可以產(chǎn)生很好的節(jié)能效果，而自動化控制技術(shù)的實施離不開先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備。本節(jié)將重點介紹使用于水/地源熱泵系統(tǒng)的主要監(jiān)控設(shè)備及其使用條件。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 水/地源熱泵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分布式集散控制方式的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場層、控制層、管理傳輸層。DDC至現(xiàn)場設(shè)備為現(xiàn)場層，DDC與DDC之間的通信層為控制層，主機之間通信層為管理傳輸層。

（2）水管溫度傳感器

圖3 水/地源熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電子式溫度傳感器及變送器根據(jù)空氣或水的溫度提供有源信號或無源信號，它們廣泛應(yīng)用于HVAC領(lǐng)域。該類溫度傳感器和變送器可提供0～10V 信號與所感應(yīng)的溫度成正比，或提供NTC 或Pt 100的無源電阻信號。其特點為外殼及輸出信號范圍廣；并具有IP 54保護(hù)等級外殼。 如圖5所示。

圖5 水管溫度傳感器

（3）水管壓力傳感器

水管壓力傳感器主要應(yīng)用于冷凍水供回水總管及末端壓差管路，根據(jù)檢測到的水管壓差來控制系統(tǒng)供水流量，以適應(yīng)末端環(huán)路的負(fù)荷變化。同時，也可通過安裝在板式換熱器兩端進(jìn)出水的壓差變化來判斷換熱器是否存在阻塞狀態(tài)。

一般在系統(tǒng)中所用的電子式壓力傳感器為緊湊堅固型壓力變送器，其輸出模擬信號與所感測的壓力成線性關(guān)系。傳感器內(nèi)電氣部分與環(huán)境隔離，不受溫度變動、高濕、冷凝及結(jié)冰影響，可靠性高，重復(fù)性好且壽命長。如圖6所示。

圖6 水管壓力傳感器

（4）流量計

流量計應(yīng)用于冷凍水和冷卻水的供水或者回水總管，檢測冷凍水和冷卻水的水流量，進(jìn)而計算系統(tǒng)的總制冷量以及地源熱泵一年中向土壤吸收和排放的熱量，一般使用電磁流量計來檢測水流量。電磁流量計由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器安裝在水管管路上，它的作用是將流進(jìn)管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢信號，并通過傳輸線將此信號送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠(yuǎn)的地方，它將傳感器送來的流量信號進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成流量信號成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，以進(jìn)行顯示、累積和調(diào)節(jié)控制。如圖7所示。

圖7 流量計

（5）DDC控制器

DDC控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能的關(guān)鍵部件。其工作過程是：控制器通過模擬量輸入通道（AI）和開關(guān)量輸入通道（DI）采集實時數(shù)據(jù)，并將模擬量信號轉(zhuǎn)變成計算機可接受的數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），然后按照特定的控制邏輯進(jìn)行運算，最后發(fā)出控制信號，并通過模擬量輸出通道（AO）和開關(guān)量輸出通道（DO）直接控制設(shè)備的運行。 如圖8所示。

圖8 DDC控制器

（6）監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)服務(wù)器對水/地源熱泵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集進(jìn)行管理，實現(xiàn)實時顯示、趨勢顯示、事件消息、管理員記錄和系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)的長期儲存等，同時為網(wǎng)絡(luò)控制引擎和網(wǎng)絡(luò)集成引擎所在的網(wǎng)絡(luò)提供安全的通信。

帶有數(shù)據(jù)服務(wù)器的系統(tǒng)用戶監(jiān)控界面具有靈活的系統(tǒng)瀏覽、用戶圖形、綜合報警管理、趨勢分析和總結(jié)報告功能。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器有效地管理舒適度和能源使用以及對危急事件作出快速反應(yīng)，并且使控制策略達(dá)到最佳。監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)多用戶并發(fā)訪問水/地源熱泵系統(tǒng)的信息，并與企業(yè)級別的通信網(wǎng)絡(luò)相兼容。

（7）網(wǎng)絡(luò)控制引擎

網(wǎng)絡(luò)控制引擎是一種基于Web的網(wǎng)絡(luò)控制器，采用信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。同時由于采用了建筑自動化行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如BACnet協(xié)議、LonWorks協(xié)議等，使其可以監(jiān)控和管理加熱、通風(fēng)、空調(diào)等設(shè)備，及燈光、安防、門禁等系統(tǒng)的運行。

建筑物內(nèi)單一或多個網(wǎng)絡(luò)控制引擎可以提供監(jiān)控、警告和事件管理、數(shù)據(jù)交換、趨勢分析、能量管理、時間表以及數(shù)據(jù)儲存。它支持單一或多個Web瀏覽器用戶界面，并采用了密碼授權(quán)以及 IT行業(yè)的安全保護(hù)技術(shù)。

4 水/地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和實施要點

水/地源熱泵中央空調(diào)計算機節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)是滿足用戶制冷、制熱和熱水供應(yīng)需要的同時，又能最大程度地節(jié)約電能?？傮w方案的構(gòu)建是否合理有效，決定了控制系統(tǒng)能否成功實現(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水/地源熱泵空調(diào)的運行模式進(jìn)行設(shè)計，并遵循以下原則：

（1）控制系統(tǒng)應(yīng)滿足節(jié)能要求。由于水/地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負(fù)荷量與實際負(fù)荷需求量之間的有較大差異，設(shè)計的控制系統(tǒng)應(yīng)盡量避免空調(diào)系統(tǒng)在“小溫差大流量”的不利工況下運行。

（2）控制系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定可靠。水/地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)部分設(shè)備安置在室外，為確保其長期穩(wěn)定運行，控制系統(tǒng)的可靠性一定要高。

（3）與其他設(shè)備匹配。水/地源熱泵空調(diào)中的壓縮機、加熱器等設(shè)備均建立在負(fù)荷分配基礎(chǔ)上，應(yīng)保證控制系統(tǒng)與它們相互匹配。

（4）智能化程度高。水/地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運行環(huán)境極為復(fù)雜，控制系統(tǒng)應(yīng)能完成室內(nèi)外環(huán)境溫度和濕度、地?zé)崴疁囟取岜脵C組出口水溫以及流量的實時測量，并在此基礎(chǔ)上計算各種負(fù)荷及焓值等，智能自動地進(jìn)行邏輯判斷和運行控制，以跟隨系統(tǒng)負(fù)荷變化，對系統(tǒng)作出最佳工況分配。

控制系統(tǒng)通過安裝在現(xiàn)場的各類傳感器，檢測室內(nèi)外環(huán)境溫度和濕度、地?zé)崴疁囟?、地?zé)岢隹谒疁丶傲髁?、冷凍水的進(jìn)出口溫度和流量等參數(shù)，并將這些測量到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送給控制器?？刂破魍ㄟ^PID或其他控制算法進(jìn)行運算之后發(fā)出相應(yīng)的控制指令。由控制中心實施對冷凍水泵和冷卻水泵的變臺數(shù)及變頻控制，同時具有與空調(diào)主機聯(lián)鎖自動控制功能，可控制調(diào)節(jié)溫度和濕度。系統(tǒng)還可附加鍵盤、顯示電路和故障報警電路等作為優(yōu)化。

在監(jiān)控管理層，采用工控機作為上位監(jiān)控機，與下位機進(jìn)行接口通信。上位機的作用是對水/地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中操作控制。管理人員可以通過上位機方便地查看空調(diào)現(xiàn)場系統(tǒng)運行狀況，對水泵、風(fēng)機等電機設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和實時控制。利用工控機強大的數(shù)據(jù)存儲能力，還可將系統(tǒng)運行的各種歷史數(shù)據(jù)存儲在計算機的數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)對空調(diào)的運行優(yōu)化具有指導(dǎo)意義，計算機可以用這些歷史數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的各種參數(shù)報表，可供隨時查詢和打印。

在現(xiàn)場控制層，DDC設(shè)備通過特定的通信協(xié)議與上位工控機通信，將現(xiàn)場采集到的信息傳送給上位機，上位機在對這些信息進(jìn)行分析處理之后發(fā)出控制命令傳回給DDC設(shè)備控制器，由DDC對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行直接控制。同時，DDC設(shè)備可以分別對深井水泵、循環(huán)水泵和風(fēng)機等進(jìn)行啟?？刂苹螂姍C轉(zhuǎn)速設(shè)定。電機設(shè)備完成啟動之后，即使DDC設(shè)備與上位機發(fā)生通信故障，系統(tǒng)依然能夠正常運行。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送層位于控制系統(tǒng)的最底層，設(shè)置有多種信號傳感器及變送器，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和變送等工作。利用傳感器采集地?zé)崴M(jìn)出口水溫、地?zé)崴鏊畨毫?、熱泵出水溫度和回水溫度、風(fēng)機送風(fēng)溫度和回水溫度、室內(nèi)外的溫濕度等信息，并由變送器將這些溫度、壓力、濕度等物理量轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號再傳送給DDC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

系統(tǒng)通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集得到水/地源熱能載體的溫度、壓力、流量等參數(shù)，計算得出地源熱泵一年中向土壤或水源吸收和排放的熱量，優(yōu)化調(diào)整下一個制冷季時水/地源熱泵的運行參數(shù)，從而使地埋管周圍的土壤溫度維持平衡，避免出現(xiàn)全年吸、放熱不均導(dǎo)致的土壤和水源熱堆積問題。

5 工程案例

2010上海世博會“城市最佳實踐區(qū)”是世博會的創(chuàng)新項目之一，也被視為上海世博會的一大亮點。 “城市最佳實踐區(qū)”采用了目前各種最先進(jìn)的技術(shù)，是高科技、新技術(shù)、新能源的示范展示項目區(qū)。城市最佳實踐區(qū)世博會時期總建筑面積14.6萬平方米，總冷負(fù)荷3.2萬千瓦；世博會后總建筑面積35萬平方米，總冷負(fù)荷4萬kW，總熱負(fù)荷1.4萬千瓦。在“城市最佳實踐區(qū)”利用黃浦江水實現(xiàn)江水源熱泵（冷水）機組系統(tǒng)，是上海世博會最大的水源熱泵項目。

整個實踐區(qū)內(nèi)有近40棟單體展館，所有展館的空調(diào)冷熱水由一個集中的能源中心供應(yīng)，其中最遠(yuǎn)處的展館離能源中心3km。能源中心有1臺9103kW離心式江水源熱泵機組、2臺2096kW螺桿式江水源熱泵機組、4臺7032kW離心式江水源冷水機組、3臺江水源溴化鋰機組，由13臺二次變頻水泵將空調(diào)冷熱水直接輸送到實踐區(qū)內(nèi)的各個單體展館。區(qū)域供冷/熱、江水源、建筑物的多樣性以及會中和會后負(fù)荷的差異決定了能源中心能源管理非常復(fù)雜，如何保障整個系統(tǒng)高效、節(jié)能、安全、自動運行是整個能源管理系統(tǒng)的關(guān)鍵。如圖9所示。

圖9 世博會能源中心自控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

由于黃浦江水質(zhì)較優(yōu)，基本可滿足水源熱泵機組循環(huán)水的要求，同時考慮到腐蝕、清洗等因素可以解決的條件下直接式系統(tǒng)的效率要優(yōu)于間接式系統(tǒng)。因此，此項目采用江水直接進(jìn)入機組的方式；另外為防止江水中所含的腐蝕性離子對換熱器造成腐蝕，機組換熱管采用銅鎳換熱管。制冷及制熱的設(shè)計參數(shù)如下：

制冷：蒸發(fā)器側(cè)冷凍水供回水溫7/12℃；冷凝器側(cè)江水供回水溫32/35 ℃；

制熱：冷凝器側(cè)熱水供水溫度50℃；蒸發(fā)器側(cè)江水供回水溫4 / 7℃。

世博能源中心控制策略分為夏季供冷模式、冬季供熱模式、冷熱水輸送系統(tǒng)和冷水機組自動清洗系統(tǒng)控制策略。

（1）夏季供冷模式控制策略

在供冷模式下，所有機組都使用江水作為冷卻水源。江水的溫度會受到室外溫度變化的影響，即機組的冷卻水溫度有所波動。同時作為區(qū)域供冷項目，供冷系統(tǒng)的總負(fù)荷較大。從可靠性原則出發(fā)，先開離心式熱泵機組供冷，同時考慮節(jié)能原則，因為離心機組的效率高于螺桿機組，負(fù)荷增加時離心式江水源機組優(yōu)先加機上載，螺桿式江水源熱泵機組最后加機上載。卸載時則優(yōu)先減機卸螺桿式江水源熱泵機組，接著是離心式江水源機組，最后減機卸載離心式熱泵機組。機房控制系統(tǒng)保證冷凍水供水溫度6℃。

整個冷凍水系統(tǒng)的負(fù)荷變化體現(xiàn)在冷凍水量需求的增加和減少上。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時，系統(tǒng)用戶側(cè)水量需求增加，機房系統(tǒng)旁通管水流方向為部分回水至送水，導(dǎo)致冷凍水供水溫度增加，以使得機組供冷負(fù)荷增大，當(dāng)增大到當(dāng)前機組不足以滿足負(fù)荷需求時，再增加一臺機組供冷。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減少時，系統(tǒng)用戶側(cè)水量需求減少，機房系統(tǒng)旁通管水流方向為供水至回水，導(dǎo)致冷凍水回水溫度降低，機組減載，當(dāng)負(fù)荷降低到一定值時，減少一臺機組供冷。機房控制系統(tǒng)根據(jù)冷凍機組本身的運行負(fù)荷與建筑負(fù)荷之間的關(guān)系，來決定機組的加機和減機。

相對于離心機組，螺桿機組不存在喘震問題。因此在極端低負(fù)荷情況下（供冷負(fù)荷＜2110kW）時，開啟螺桿機組單獨供冷。

由于采用江水作為冷卻水源，機組的冷卻水進(jìn)水溫度不會因機組增加或減少而變化。因此冷卻水泵根據(jù)冷水機組的啟停相應(yīng)啟停，保持一致，采用定頻水泵。同時系統(tǒng)設(shè)計采用一次泵和二次泵系統(tǒng)，因此一次冷凍水泵的啟停也和冷水機組的啟停保持一致。由于供冷和供熱模式下輸送水流量變化不大，因此采用定頻水泵。

（2）冬季供熱模式控制策略

在供熱模式下，設(shè)計使用1臺離心式熱泵機組和1臺螺桿式熱泵機組滿足供熱要求，兩臺機組都使用江水作為蒸發(fā)器水源。作為區(qū)域供冷項目，供冷系統(tǒng)的總負(fù)荷較大。從可靠性原則出發(fā)，同時考慮節(jié)能原則，先開離心式熱泵機組供熱。負(fù)荷增加時螺桿式江水源熱泵機組加機上載，卸載時則優(yōu)先減機卸螺桿式江水源熱泵機組，接著減機卸載離心式熱泵機組。機房控制系統(tǒng)保證熱水供水溫度50℃。

熱水系統(tǒng)的負(fù)荷變化體現(xiàn)在水量需求的增加和減少上。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時，系統(tǒng)用戶側(cè)水量需求增加，機房系統(tǒng)旁通管水流方向為部分回水至送水，導(dǎo)致熱水供水溫度減少，以使得機組供熱負(fù)荷增大，當(dāng)增大到當(dāng)前機組不足以滿足負(fù)荷需求時，再增加一臺機組供熱。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減少時，系統(tǒng)用戶側(cè)水量需求減少，機房系統(tǒng)旁通管水流方向為送水至回水，導(dǎo)致熱水回水溫度升高，機組減載，當(dāng)減少到一定負(fù)荷時，減少一臺機組供冷。機房控制系統(tǒng)根據(jù)冷凍機組本身的運行負(fù)荷與建筑負(fù)荷之間的關(guān)系，來決定機組的加機和減機。

在極端低負(fù)荷情況下，開啟螺桿機組單獨供熱。當(dāng)實際供熱負(fù)荷超過設(shè)計的供熱負(fù)荷時，開啟鍋爐作為輔助供熱。機房控制系統(tǒng)保證熱水供水溫度50℃。由于燃?xì)獬杀据^高，因此一旦負(fù)荷下降至設(shè)計負(fù)荷以下，關(guān)閉鍋爐供熱，以符合節(jié)能原則。

（3）一次/二次冷凍水/熱水輸送系統(tǒng)控制策略

能源中心冷凍水、熱水系統(tǒng)采用一次/二次水系統(tǒng)。從可靠性原則出發(fā)，機組的一次水泵為定頻水泵，流量維持恒定，同時用戶側(cè)的流量需求變化不影響機組，機組的運行安全性增加。同時，考慮到是區(qū)域供冷項目，輸送距離較長，水泵的能耗較大。從節(jié)能原則出發(fā)，負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離輸送的二次泵采用變頻泵。

在系統(tǒng)用戶側(cè)安裝壓力傳感器，采集壓差變化情況。通過自控系統(tǒng)，采集的壓差信號傳遞至機房控制系統(tǒng)。機房控制系統(tǒng)根據(jù)用戶側(cè)的壓差變化，調(diào)節(jié)二次泵轉(zhuǎn)速，提供系統(tǒng)需要的水量，達(dá)到節(jié)能效果。

同時，為更好地監(jiān)測整個輸送水回路的狀況，在整個輸送水路每隔一段距離放置溫度傳感器和壓力傳感器，采集的信號送至機房控制系統(tǒng)。通過這些信號，控制系統(tǒng)判斷溫升及水力平衡情況，保證系統(tǒng)運行的可靠安全。同時當(dāng)監(jiān)測到低負(fù)荷時，控制系統(tǒng)可以適當(dāng)提高冷凍機組的供水溫度，以提高冷水機組效率，節(jié)省能耗。

（4）冷水機組自動清洗系統(tǒng)控制策略

江水源系統(tǒng)在擁有高效節(jié)能、環(huán)保減排等一系列優(yōu)勢的同時，也存在江水水質(zhì)低下，導(dǎo)致污垢在熱交換管路中淤積，降低熱交換效率的問題。因此，需要在冷卻水進(jìn)水系統(tǒng)中設(shè)置清洗裝置，本項目采用的是環(huán)保球自動清洗系統(tǒng)。小球清洗的整套裝置自帶控制系統(tǒng)，通過接口，機房自控系統(tǒng)和小球清洗系統(tǒng)的控制系統(tǒng)連接，采集相應(yīng)參數(shù)。冷卻水處理流程示意圖，如圖10所示。

在冷卻水系統(tǒng)中，環(huán)保球通過雙循環(huán)運轉(zhuǎn)清洗熱泵機組的換熱管路：球注入循環(huán)和球回收循環(huán)。在球注入循環(huán)中，球注入泵從冷卻水供水管中抽水，注入球回收器中，球通過直噴式噴嘴被釋放，進(jìn)入冷凝器進(jìn)水管。橡膠小球的直徑比冷凝器管子的內(nèi)徑稍大一點，在系統(tǒng)壓力下，小球被迫通過管子，沉積的污垢也隨之被帶走清除。在球注入循環(huán)結(jié)束的同時，球回收循環(huán)就會開始，球注入泵停止后，球回收泵會將小球從濾隔器處回收。球濾隔器防止小球流到江水中，小球被收集到回收器中，等待下一次循環(huán)。而被球回收泵吸收的冷卻水將被釋放回冷卻水循環(huán)管路中。

圖10 冷卻水處理流程示意圖

目前，整個水源熱泵系統(tǒng)運行正常，進(jìn)出水溫度和流量均十分穩(wěn)定。黃浦江夏季水表層溫度為32℃～26℃；冬季在最冷的環(huán)境下，水表層溫度為6℃～8℃；這種溫度特性使黃浦江水成為水源熱泵理想的冷熱源。整個監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實際的水溫情況自動調(diào)節(jié)水閥開度來滿足建筑內(nèi)冷負(fù)荷的變化需求，并及時調(diào)整制冷主機的開啟臺數(shù)與運行狀況。

通過能耗軟件的模擬計算能源中心采用水源熱泵系統(tǒng)比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)（使用冷卻塔）節(jié)能26%，其節(jié)能量非?？捎^，同時，由于充分利用了黃浦江水的優(yōu)良水質(zhì)與水溫，稱得上是真正的“綠色、環(huán)?！钡哪茉茨Ｊ?。

6 結(jié)束語

水/地源熱泵系統(tǒng)的正常運行離不開自動控制技術(shù)，有效運用建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)節(jié)能運行的保障。