智能化控制在地源熱泵中央空調系統中的應用

(山西省招標有限公司，山西太原 030001)

在節能環保，要求PM2.5環境指數的今天，對于北方地區來說，冬季采暖的熱源是一個重要的污染源。地源熱泵中央空調系統是一個解決北方地區冬季采暖重要的環保技術，智能化控制又是在此基礎上保證系統良好運行，節能的一種重要措施。針對太原武宿國際機場辦公綜合樓地源熱泵中央空調系統智能化控制的具體工程實例，本文詳細介紹了智能化控制在實際工程中的應用。

1 工程概況

太原武宿國際機場辦公綜合樓是太原武宿國際機場改擴建項目中的一個重要項目，為迎接第六屆中國中部博覽會的山西省重點工程之一。工程位于太原市機場大道西側，總建筑面積1.3萬m2，地下1層，地上4層。內部功能設計全面，1，2層為東航、海航辦公區，3，4層為飛行員、乘務員等的宿舍區，裙樓1層為24 h多功能餐廳、2層為多功能會議廳。根據設計要求，中央空調系統為整個樓層提供冬季采暖、夏季制冷，同時為整個樓層提供24 h衛生熱水。整個中央空調系統采用智能化控制，空調主機房力爭實現無人化管理。太原武宿國際機場辦公綜合樓地源熱泵中央空調系統是山西首例使用地源熱泵技術進行空調系統的工程，也是一個標志性工程，為政府推廣節能減排的形象工程。

2 空調設計的選型及智能化控制系統要求

整個空調系統機房設計選型為4臺地源熱泵空調機組，其中3臺為空調系統使用，1臺提供衛生熱水。5臺冷凍水泵，5臺地源側循環泵，水泵均為4用1備。衛生熱水儲水箱兩個。

智能化控制系統要求:1)地埋管系統。在地埋管中選擇不同地點的8個孔埋入感溫探頭，埋管深度為±0.000下100 m，每隔25 m裝一個感溫探頭，全年24 h測地下土壤溫度。2)空調系統。4臺地源熱泵空調機組循環使用，使其中1臺供衛生熱水，其余3臺根據末端系統冷量/熱量需要自動提供空調用水，每24 h自動循環一次。水泵根據空調機組啟停情況，自動啟停水泵，延時30 s，每24 h自動循環一次。3)衛生熱水系統。衛生熱水水位低于水箱設定高度時，空調制熱水自動加入;水位到達水箱設定高度時，停止加水。4)末端系統。末端系統中加入自動調節閥，根據水流量大小自動調節，做到節能控制。

3 智能化控制系統(WebAccess軟件系統)的應用

1)地埋管系統。地埋管系統方面主要面臨的問題是感溫探頭及信號線在高壓狀態下土壤內探頭防水的處理、感溫探頭在±0.000下100 m的位置，在表土層上各種負載作用下的準確性和持久性，以及超過1000 m信號的傳輸準確無干擾。經過我們多次的試驗，最后發現在感溫探頭外信號線包裹HOPE防滲膜，同時膜內灌注高密度聚乙烯材料，防止施工HOPE防滲膜接口處的滲水。在施工中4個感溫探頭全部一次性同地埋管放入地下，必須一次成功。在下管時必須尋找好孔壁較光滑的孔放入，這樣可以保證屏蔽信號線及保護層不被損壞，保證使用效果。

2)空調機房系統的控制。空調機房系統，綜合考慮空調主機整體效率，根據系統負荷和空調機組的COP值(能效比)，自動調整空調機組的運行負荷和運行臺數，使空調機組盡可能在其效率最高的工況下運行。4臺空調主機必須保證有1臺主機用于衛生熱水加熱使用。冷凍水系統采用一次泵變流量，把原固定轉速的一次泵改為變頻調速水泵，利用冷凍機蒸發器在低水流量能力上的改進和新的測試技術，使冷凍水量可以按負荷的需要自動調節。同時冷凍水泵必須保證其中一臺泵24 h待供衛生熱水系統使用。水源側水泵與冷凍水泵基本相同，均服務用于地埋管側供回水使用。同時計算機軟件使用服務器(SQL Server)作為數據記錄的數據庫，具體使用方法(open-database連接)連接到服務器(SQL Server)，這個數據庫將取代默認訪問記錄過程數據的(Access)數據庫，所以可以把管理系統(BMS層面)在項目管理和相關設備的運行參數的監測員后臺數據庫，以在監測員IPMS中(數據管理，查詢統計，會計)提供基礎數據。

3)衛生熱水及空調末端系統的控制。a.衛生熱水。水箱加水系統。在衛生熱水水箱內放入水位傳感器及溫度傳感器，同時在水箱注水管處安裝電動延時調節閥，信號接入智能化控制軟件系統。等計算機接到水箱水位信號后，根據設定要求對電動調節閥發出開啟或關閉信號，滿足水箱用水需要。即水箱水位下降到一定設定水位最低限時，說明衛生熱水已短缺，不能滿足整個樓層用水需要，需要加水，此時電動調節閥根據控制系統命令自動開啟。等水位上升到水位高限時，水位傳感器將信號傳給控制系統，系統接收到水位已滿信息處理后給電動調節閥關閉命令，停止加水。完成一次加水程序。衛生熱水加熱系統。在水箱內安裝溫度傳感器，24 h對水箱水溫進行監測。整個系統進入智能化控制系統。同時在軟件控制系統中設定水溫的最高限和最低限，等水箱內水溫低于設定最低溫度時，說明水溫過低，不滿足衛生熱水使用要求。此時控制系統自動處理認為衛生熱水需要加熱，同時將此信號處理后發給空調主機和冷凍水泵啟動命令，使冷凍水泵和空調主機啟動，期間延時30 s。衛生熱水水溫上升達到設定高限時，控制系統自動發出停機命令，使冷凍水泵與空調機組順次停機。完成一次加熱程序。b.空調末端系統。在每一臺空調末端設備供水管路上安裝電動兩通閥，電動兩通閥與末端設備的開關連接。末端設備開啟時電動兩通閥自動開啟，關閉時則自動關閉。電動兩通閥關閉后冷凍水用水量減少，系統阻力減小，整個系統負荷自動降低，起到明顯節能效果。但是在施工過程中為了防止整個樓層末端系統全部關閉后，空調系統回水無法正常到達空調機組，使空調機組缺水保護停機，必須在空調機房冷凍水主供回水管集分水器的上面將供回水管路連接，同時在管路上安裝壓差旁通閥，防止冷凍水短路。這個系統不直接進入整個空調控制系統，僅僅是起到節能效果，對空調機組負荷進行調節，對空調機組COP值影響。空調主機根據冷負荷和系統控制情況進行自動調節(見圖1)。

圖1 空調末端系統示意圖

4 結語

通過以上對水源熱泵中央空調系統的分析，利用網絡訪問的智能控制系統集成(WebAccess系統)，不僅在管理層面實現了中央空調系統各設備的運行狀態實時監測，而且還利用自身提供一個完整的數據庫接口的能力(ODBC技術)管理水平，收集設備運行時間，能量消耗和物業管理是密切相關的數據通過接口傳輸到后臺數據庫系統的監測員第三人，完成了中央空調系統的統一管理，最后作出了各種不同的系統，成為一個有效的高性能，有效的智能管理系統，從而擺脫繁瑣的人工勞動，提高整體建筑中央空調管理水平，最終使投資者獲得盡可能大的投資回報，并提供一個舒適、安全、便利的工作環境。整個中央空調系統實現智能化控制，機房系統基本實現無人化管理，同時使整個系統運行費用明顯下降20%，機組故障率降低，整個系統運行更為科學合理，機組使用壽命延長，滿足用戶要求，達到環保節能效果，成為標志性樣板工程。

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