自動控制在地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

劉文秀 尚緒峰

1 工程概況

本工程為天津港歐亞國際集裝箱碼頭地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)工程,采用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)為該工程的綜合業(yè)務(wù)用房、維修車間及候工樓、檢驗用房、輔助綜合用房、工具材料庫、污水處理間提供冷熱源,夏季制冷、冬季供暖。該工程總建筑面積約為13 818m2,其中空調(diào)面積約為 12 617.6m2。

根據(jù)建筑物的布局及功能,地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)共分為三個系統(tǒng),其中綜合業(yè)務(wù)用房空調(diào)系統(tǒng)(簡稱A)安裝兩臺頓漢布什WCFXHP-15SRG(R 134a)全封閉地源熱泵機(jī)組,總裝機(jī)制冷2× 311 kW(夏季末端12℃/7℃、地源側(cè) 25℃/30℃),裝機(jī)制熱量 2× 274 kW(冬季末端 40℃/45℃、地源側(cè) 5℃/3℃);機(jī)修車間及候工樓空調(diào)系統(tǒng)(簡稱B)安裝一臺WCFHXP-27SRG(R 134a)全封閉地源熱泵機(jī)組,裝機(jī)制冷量611 kW(夏季末端 12℃/7℃、地源側(cè)25℃/30℃),裝機(jī)制熱量538 kW(冬季末端40℃/45℃、地源側(cè) 5℃/3℃);工具材料庫及污水處理間空調(diào)系統(tǒng)安裝 10臺整體式水源熱泵機(jī)組。

A,B地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用西門子專業(yè)的暖通空調(diào)控制器SYNCO 700系列進(jìn)行控制。中央控制器能夠?qū)Φ卦礋岜孟到y(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)、故障、啟?？刂频谋O(jiān)控,控制熱泵機(jī)組的啟動、停止,實現(xiàn)時間設(shè)定機(jī)組啟停功能;監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài),采集水溫、壓力、流量等數(shù)據(jù),并可記錄在控制器內(nèi),并能保存一年運行記錄。這樣,通過中央控制器對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制,實現(xiàn)無人值守。

2 地源熱泵系統(tǒng)自動控制

1)在總供、回水管路上裝有水溫傳感器,總回水管路上裝有電磁流量計,時實監(jiān)測當(dāng)前的水溫和水流量并傳輸至控制器,控制器通過供、回水溫差和流量算出其當(dāng)前實際負(fù)荷與設(shè)定負(fù)荷進(jìn)行比較,來逐步對冷機(jī)進(jìn)行臺選。2)設(shè)定負(fù)荷為冷機(jī)總負(fù)荷的70%。3)對于單臺的冷機(jī)就不再進(jìn)行運算控制,由冷機(jī)自身的控制程序進(jìn)行分段控制,此系統(tǒng)只是監(jiān)測時實的供、回水溫度和水流量,并可根據(jù)時間程序或手動選項來控制此冷機(jī)的啟停狀態(tài)。4)冷機(jī)冷凍水、冷卻水進(jìn)口設(shè)有電動蝶閥,蝶閥開關(guān)與水泵聯(lián)動。5)控制冷凍系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的啟停順序,監(jiān)測冷凍泵、冷卻泵、冷機(jī)的故障狀態(tài),實現(xiàn)互為備用、故障互投和報警功能。6)根據(jù)空調(diào)末端供回水溫度傳感器及流量傳感器,實時測量、記錄溫度、流量數(shù)據(jù),并將采集的數(shù)據(jù)提供給控制電腦(見圖 1)。7)供、回水管路上裝有水壓差傳感器監(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(見圖 2)。8)所有 I/O設(shè)備點均在終端進(jìn)行集中監(jiān)控,終端監(jiān)控軟件具有圖形界面、實時記錄等功能。

3 系統(tǒng)運行效果

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)均于 2008年 12月 8日投入試運行,向建筑物供暖,并于 2009年 4月 3日停止運行。供暖期共運行117 d,每天運行 24h。經(jīng)過供暖期的試運行,證明各空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)及設(shè)備運行全部正常。室內(nèi)溫度均達(dá)到設(shè)計要求。

3.1 2008年 ～2009年度運行實際耗電量

1)冬季設(shè)備耗電量記載。A空調(diào)系統(tǒng)實耗電能:212 560 kW?h; B空調(diào)系統(tǒng)實耗電能:152 750 kW?h。實耗電能數(shù)為空調(diào)系統(tǒng)自2008年 12月 8日～2009年 4月 3日累計數(shù),其中包括各系統(tǒng)的循環(huán)水泵、補(bǔ)水水泵的電耗。2)夏季設(shè)備耗電量記載。A空調(diào)系統(tǒng)實耗電能:137 120 kW?h;B空調(diào)系統(tǒng)實耗電能:87 520 kW?h。實耗電能數(shù)為空調(diào)系統(tǒng)自 2009年5月 26日～2009年9月 7日累計數(shù),其中包括各系統(tǒng)的循環(huán)水泵、補(bǔ)水水泵的電耗。

3.2 能耗分析

1)冬季能耗分析。

冬季空調(diào)總計運行116 d。A空調(diào)系統(tǒng):根據(jù)冬季運行的實測電耗為:212 560 kW?h,建筑面積為:7 978m2,即單位電能耗為: 26.64 kW?h/m2。B空調(diào)系統(tǒng):根據(jù)冬季運行的實測電耗為: 152 720 kW?h,建筑面積為:6 497 m2,即單位電能耗為: 23.50 kW?h/m2。兩個系統(tǒng)綜合單價電能耗:25.07 kW?h/m2。

2)夏季能耗分析。

夏季空調(diào)總計運行為104 d。A空調(diào)系統(tǒng):根據(jù)夏季運行的實測電耗為:137 120 kW?h,建筑面積為:7 978m2,即單位電能耗為:17.18 kW?h/m2。B空調(diào)系統(tǒng):根據(jù)夏季運行的實測電耗為:87 520 kW?h,建筑面積為:6 497 m2,即單位電能耗為: 13.47 kW?h/m2。兩個系統(tǒng)綜合單價電能耗:15.52 kW?h/m2。

3.3 能耗對比

根據(jù)上述能耗分析地埋管地源熱泵夏季供冷費用:15.52元/m2(電費按 1元/kW?h計算)(單冷空調(diào)供冷費約 25元/m2～30元/m2);地埋管地源熱泵冬季供熱費用:25.23元/m2(天津集中供熱工商戶36元/m2,天津港集中供熱:150元/m2);地埋管地源熱泵夏、冬季費用合計:40.75元/m2(單冷空調(diào)費與熱網(wǎng)費合計 61元/m2～66元/m2(天津港:175元/m2～180元/m2)。

4 結(jié)語

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)屬于節(jié)能、環(huán)保系統(tǒng),將自動控制系統(tǒng)應(yīng)用到其中,不僅可以做到集中控制,自動控制,還可以進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

[1] 褚曉麗,法智彤.淺談地源熱泵[J].山西建筑,2010,36(1): 215-217.