自動控制在地源熱泵空調系統的應用

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系統工程,采用地源熱泵中央空調系統為該工程的綜合業務用房、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,其中空調面積約為 12 617.6m2。

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

A,B地源熱泵空調系統采用西門子專業的暖通空調控制器SYNCO 700系列進行控制。中央控制器能夠對地源熱泵系統進行狀態、故障、啟停控制的監控,控制熱泵機組的啟動、停止,實現時間設定機組啟停功能;監控空調系統運行狀態,采集水溫、壓力、流量等數據,并可記錄在控制器內,并能保存一年運行記錄。這樣,通過中央控制器對空調系統進行集中控制,實現無人值守。

2 地源熱泵系統自動控制

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,時實監測當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前實際負荷與設定負荷進行比較,來逐步對冷機進行臺選。2)設定負荷為冷機總負荷的70%。3)對于單臺的冷機就不再進行運算控制,由冷機自身的控制程序進行分段控制,此系統只是監測時實的供、回水溫度和水流量,并可根據時間程序或手動選項來控制此冷機的啟停狀態。4)冷機冷凍水、冷卻水進口設有電動蝶閥,蝶閥開關與水泵聯動。5)控制冷凍系統和冷卻系統的啟停順序,監測冷凍泵、冷卻泵、冷機的故障狀態,實現互為備用、故障互投和報警功能。6)根據空調末端供回水溫度傳感器及流量傳感器,實時測量、記錄溫度、流量數據,并將采集的數據提供給控制電腦(見圖 1)。7)供、回水管路上裝有水壓差傳感器監測當前水壓差,然后將信號傳輸至控制器,控制器經過 PID運算控制安裝在分、集水器旁路上的壓差調節閥的開度,維持供、回水壓差恒定于設定值(見圖 2)。8)所有 I/O設備點均在終端進行集中監控,終端監控軟件具有圖形界面、實時記錄等功能。

3 系統運行效果

地源熱泵空調系統均于 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。經過供暖期的試運行,證明各空調系統的各個環節及設備運行全部正常。室內溫度均達到設計要求。

3.1 2008年 ～2009年度運行實際耗電量

1)冬季設備耗電量記載。A空調系統實耗電能:212 560 kW?h; B空調系統實耗電能:152 750 kW?h。實耗電能數為空調系統自2008年 12月 8日～2009年 4月 3日累計數,其中包括各系統的循環水泵、補水水泵的電耗。2)夏季設備耗電量記載。A空調系統實耗電能:137 120 kW?h;B空調系統實耗電能:87 520 kW?h。實耗電能數為空調系統自 2009年5月 26日～2009年9月 7日累計數,其中包括各系統的循環水泵、補水水泵的電耗。

3.2 能耗分析

1)冬季能耗分析。

冬季空調總計運行116 d。A空調系統:根據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空調系統:根據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。兩個系統綜合單價電能耗:25.07 kW?h/m2。

2)夏季能耗分析。

夏季空調總計運行為104 d。A空調系統:根據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空調系統:根據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。兩個系統綜合單價電能耗:15.52 kW?h/m2。

3.3 能耗對比

根據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(單冷空調費與熱網費合計 61元/m2～66元/m2(天津港:175元/m2～180元/m2)。

4 結語

地源熱泵空調系統屬于節能、環保系統,將自動控制系統應用到其中,不僅可以做到集中控制,自動控制,還可以進一步達到節能降耗的目的。

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