热泵空调控制系统

热泵空调控制系统（精选11篇）

热泵空调控制系统 第1篇

地能是一种稳定切环保的有效能源。地源热泵系统是一种具体的利用地能的系统, 其是一种通过对于浅层地热能源的吸收与转化既可供热又可制冷的高效节能空调系统。在工作的过程中, 其只需要由外界输入一点电能就能够实现温度的转变控制, 就可以轻易的实现低温位热能向高温位转移。

地源热泵空调地埋管系统施工技术环保、简单、高效。地埋管系统适用范围较为广泛。本技术施工产生的振动、噪音等公害较小。工程建设时, 周围的居民及企事业单位能正常生活及工作。

采用地源热泵空调系统, 具有明显的经济效益和环境效益。

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定, 冬季比环境空气温度高, 夏季比环境空气温度低, 是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%, 因此有效的降低了运行的成本费用。

本技术与其他空调系统相比:污染物的排放量大大的降低, 如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂, 但比常规空调装置减少25%的充灌量;属自含式系统, 即该装置能在工厂车间内事先整装密封好, 因此, 制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染, 可以建造在居民区内, 没有燃烧, 没有排烟, 也没有废弃物, 不需要堆放燃料废能较好地利用可再生资源。

2应用实例

怀化市儿童医院目位于湖南省怀化市顺天北路与公园北路交汇处西南角, 一期工程分为住院楼一和门急诊楼两个单位工程。其中住院楼一地上十二层, 地下一层, 建筑高度为45.55m, 总建筑面积为21735m2。门急诊楼地上五层, 地下一层, 建筑高度为19.45m, 总建筑面积为26192m2。空调采用地源热泵中央空调系统, 机房位于门急诊楼地下一层, 内设2台制冷量为1498.2k W、制热量为1376.5k W、热回收量为1551.7k W的高温型水地源全热回收型热泵机组和一台1451k W冷水机组, 提供住院楼一和门急诊楼空调夏季所需的7℃/12℃冷水和冬季所需的55℃/50℃热水。

3 地源热泵空调地埋管系统社会效益分析

3.1 节约用煤所避免的环境问题

地源热泵空调地埋管技术年节约标煤400t, 燃煤使用会产生的环境问题如下:

3.1.1 排烟脱硫

大气中的SO2污染主要由包括煤炭在内的燃料燃烧所致。燃烧前脱硫可由煤炭洗选及转化中完成。燃烧中脱硫可以用加入脱硫剂办法除掉部分硫分, 常用的脱硫剂为白云石和石灰石。

更常用的脱硫技术为排烟脱硫, 即将排放的含硫烟气或废气通入吸收剂和吸附剂去掉硫氧化物, 又可分为干法、半干法及湿法三种。干法采用固态吸附剂、吸收剂, 其装备庞大, 费用较高。半干法包括将半固态脱硫剂吹入烟道, 也可将排烟气和空气同时吹入半固态脱硫剂, 以除去烟气中的SO2。湿法用液态吸收剂, 包括碱性吸收剂法和碱土金属类吸收剂法等, 前者使用铵、钠、钾溶液, 后者使用有钙镁的氧化物或氢氧化物溶液。

3.1.2 烟尘污染及防治

煤在燃烧过程中产生烟气、尘粒可形成环境污染。其污染物可分为两类, 即气溶胶状态污染物和气态污染物。烟尘属于前者。

煤炭在燃烧过程中经过三个阶段: (1) 干燥挥发阶段; (2) 燃烧阶段; (3) 燃尽阶段。不同阶段需要不同的空气量, 过大或过小的空气量都会使燃烧不完全, 而使炭粒排入空中形成黑烟。煤中不可燃成分如灰分, 燃烧中部分留于灰渣, 部分随烟气排入大气形成烟尘, 不同灰分的煤其烟尘量也有很大差别。按烟尘粒径不同可分为降尘和飘尘, 后者可以长期不降落且可输送距离更远。

烟尘可致人体呼吸道疾病, 或作为其他污染物及细菌载体。还可影响植物生长及降低大气的能见度。防治方法是改进燃烧设备和燃烧方式, 减少烟尘排放量, 还要安装除尘装备, 降低烟尘排放浓度。

3.2 减少了CO2排放量所导致的问题

减少CO2排放量988t/年。

3.2.1 人体危害

二氧化碳密度较空气大, 当空气中二氧化碳超过一定的限度就会对人体造成伤害, 轻则影响人体健康, 严重的时候甚至能造成人死亡。

因为二氧化碳比空气重, 所以在低洼处的浓度较高。以人工凿井或挖孔桩时, 若通风不良则会造成井底的人员窒息。CO2的正常含量是0.04%, 当CO2的浓度达1%会使人感到气闷、头昏、心悸, 达到4~5%时人会感到气喘、头痛、眩晕, 而达到10%的时候, 会使人体机能严重混乱, 使人丧失知觉、神志不清、呼吸停止而死亡。应避免之物质:

各种金属粉尘 (例如镁、锆、钛、铝、锰) :当悬浮在二氧化碳中易点燃而爆炸。

水:会形成碳酸。

人吸入高浓度的二氧化碳所出现的昏迷及脑缺氧情况, 一般大气中二氧化碳含量超过1%时, 人即有轻度头晕反应;当超过3%时, 开始出现呼吸困难;超过6%时, 就会重度缺氧窒息甚至死亡。

3.2.2 环境危害

主要是温室效应。因为二氧化碳具有保温的作用, 会逐渐使地球表面温度升高。近100年, 全球气温升高0.6℃, 照这样下去, 预计到21世纪中叶, 全球气温将升高1.5~4.5℃。由温室效应所引起的海平面升高, 也会对人类的生存环境产生巨大的影响。两极海洋的冰块也将全部融化。所有这些变化对野生动物而言无异于灭顶之灾。

截至2013年5月, 地球大气层中的二氧化碳浓度已超过400ppm (400%) 。2000~2009年间的浓度增长率为每年2.0ppm, 且逐年加速。浓度比工业化之前的280ppm浓度高得多, 而人为因素是导致二氧化碳浓度急剧上升的主要原因。释放出的二氧化碳中, 57%进入大气层, 其余的则进入海洋, 造成海洋酸化。

多达四成的地面二氧化碳排放是由于火山爆发。据估计, 每年火山爆发释放约130~230万公吨 (145~255万t) 二氧化碳到大气中。温泉等也产生大量二氧化碳。在意大利的一个城市, 当地的二氧化碳浓度一夜之间上升到75%以上, 足以杀死昆虫和小动物, 但在白天当阳光照射因为升温相当快, 导致气体对流而分散。人类排放的二氧化碳超过火山爆发排放量130倍以上:一年270亿公吨。

地球上气温越来越高, 是因为二氧化碳增多造成的。因为二氧化碳具有保温的作用, 这一群体的成员越来越多, 使温度升高, 近100年, 全球气温升高0.6℃, 照这样下去, 预计到21世纪中叶, 全球气温将升高1.5~4.5℃。

海平面升高, 也是二氧化碳增多造成的, 近100年, 海平面上升14cm, 到21世纪中叶, 海平面将会上升25~140cm, 海平面的上升, 亚马逊雨林将会消失, 两极海洋的冰块也将大部分融化。所有这些变化对野生动植物而言无异于灭顶之灾。

减少SO2排放量8t/年。

减少粉尘排放4t/年。

4 结语

地源热泵空调地埋管系统的应用代表着清洁能源的有效利用已经逐步的开始实现, 清洁能源的有效利用能够有效的降低环境的污染, 环节能源危机问题, 促进社会的和谐与稳定发展。

摘要：随着能源的过度使用与浪费, 现有的能源已经无法支持长期的使用。在这样的背景下人们开始开发新的能源。地能在这个时候进入了人们的视线中, 地能, 包括地下水、土壤或地表水等, 其是一种稳定切环保的有效能源。地源热泵系统是一种具体的利用地能的系统, 其是一种通过对于浅层地热能源的吸收与转化既可供热又可制冷的高效节能空调系统。在工作的过程中, 其只需要由外界输入一点电能就能够实现温度的转变控制, 就可以轻易的实现低温位热能向高温位转移。本文主要介绍了地源热泵空调地埋管系统, 阐述了其所能够带来的经济效益以及环境效益。

关键词：地能,地源热泵,空调,地埋管

参考文献

[1]马宏权, 龙惟定.地埋管地源热泵系统的热平衡[J].暖通空调, 2009, 39 (1) :102~106.

[2]刘晓茹.地埋管地源热泵系统热平衡及其地域性分析[J].暖通空调, 2008, 38 (9) :57~59.

浅谈水源热泵空调系统的设计方法 第2篇

我们当前生活的地球正面临着严重的生态危机，能源紧缺成为制约生活和社会发展的严重问题。在这种背景下，以环保和节能为特征的绿色建筑和与之相应地空调系统应运而生。而热泵系统正是满足这些要求的中央空调系统之一。水源热泵具有节能、经济、运行可靠等特点。目前，国内已有多家水源热泵的专业生产厂，水源热泵空调系统的应用范围正在逐步扩展。水源热泵技术可利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收地太阳能和地热能而形成地低温低位热能资源，并采用热泵原理，即通过少量的高位热能的输入，把不能直接利用的低位热能转化为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能的目的。

2.水源热泵的特点

水源热泵基本上克服了空气源热泵的上述缺点，并且具有如下的特点：

2.1 属于可再生能源利用技术：水源热泵是具备了利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散地相对地均衡。这使得利用储存于其中地近乎无限地太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源地一种技术。

2.2 便于计量和收费：空调用电负荷在用户位置，因此便于空调的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。

2.3 运行安全可靠：水源热泵机组的空调系统是可以基本保证全年按用户的需要开启空调系统，特别是春秋空调过渡季节均能运行，也就相当于四管制空调系统。一般，水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。夏季水体作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

2.4 高效节能：水源热泵机组可利用的环境水体温度冬季为12－22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18－35℃，水体温度比环境温度低，所以制冷的冷凝温度降低，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好地水源热泵，利用江河湖水等，供热制冷空调的运行费用可30－40％。

2.5 灵活应用：有的建筑物内，特别在过渡季节，部分区域需要供冷，部分区域需要供热，水源热泵可以同时供冷和供热，可以实现建筑内冷热量的转移和平衡，从而系统少用能源。

2.6 节约投资：水源热泵系统不需设冷冻机房，不设大的通风管道，不设大的锅炉房和没有冷冻水系统，安装和投资费用大大减少。

3.水源热泵系统管路设计的特点

水源热泵的管路设计相对于空气源热泵来说，具有明显的特点，主要体现在以下几点：

3.1水管不需要保温：空气源热泵机组夏季输送的是冷冻水，冬季输送的是热水，因此，管路系统必须保温，而水源热泵的空调系统，夏季管内冷却水供回水设计温度30℃～35℃，冬季供热水温度仅为16℃～21℃，因此，水管路系统可以不保温，管路系统的初投资与维护费用降低。

3.2 开、闭式两种形式的转换：水源热泵系统通常由开式（夏季）和闭式（冬季）一套管路两种形式，季节转换，即开、闭式系统形式的转换。

1） 夏季利用开式的原因，开式冷却塔远比闭式冷却塔便宜，如采用板式换热器，则多了一套水循环系统。另外，往板式换热器的冷却水往往达不到热泵机组进、出水设计温度的要求。但是闭式冷却塔可以保证水质不受污染，所以采用开式冷却塔时要注意水的除垢问题。2） 季节转换，可通过管路系统中合理设置的阀门进行切换。

3.3 重力作用的影响：闭式系统的水力计算中，与各用户所在的标高关系不太大；而开式系统中与用户的标高关系密切，即必须考虑高差产生的重力作用，这个作用压力，对标高低的用户有利，而对标高高的用户不利。为解决重力作用产生的上下用户的水力不平衡的问题，设计时，应将每一层作为一个独立的水系统分支，每层支管上应设一个平衡阀（或流量调节阀）。

3.4 管径的确定：水系统管路各管段管径的确定，在水力计算中，应按夏季工况考虑，（指长江流域等冬冷夏热地区）因为夏季的水流量远大于冬季工况。应计算出合理的管径，这样即可以避免管材的浪费，又可以使初投资降低，节约资金。

3.5 同程式系统：设计时，水环路尽可能地采用同程式系统，这样初投资费用虽然有所增加，但有利于保持环路的阻力平衡，这样空调系统运行效果更加良好。

3.6 必要的接管组合：水源热泵需要一些特殊的接管组合，以保证机组的正常工作。常见的有手动控制流量球阀接管组合，手动文丘里平衡阀组合和自动流量接管组合 。其中手动文丘里平衡阀组合是在手动球阀组合的基础上增加了一个用来测流量的文丘里接头；自动流量接管组合增加了自动流量控制阀，从而可以自动调節，以保证流量。

4.水源热泵机组设计中应注意的其他问题

4.1 噪声控制问题：由于机组的噪声源除风机之外，还有制冷压缩机的噪声，所以噪声一般很大。此外，不适当的送、回风管路设计也会产生噪声问题。分体式机组就是把机组分为内机和外机两部分。内、外机有工质管道连接；内机由风机和蒸发器（夏季工况）组成，外机由压缩机和冷凝器（夏季工况）组成。

选用分体式机组时，内机置于空调房间内，外机置于空调房间外的走道、过道等位置的吊顶内，这样空调房间的噪声可以大大下降。采用整体式时，应把机组吊装在卫生间或厨房内。

水源热泵的噪声问题是一个重要的问题，在设计和安装过程中一定要加以认真考虑并按要求施工。

4.2 机组的安装问题：水源热泵的安装也是较重要的问题之一，很多水源热泵系统产生问题都是和不当安装相关的。水源热泵机组在许多情况下是采用吊装的形式。与常规的空调机组相比，在相同的冷热负荷条件下，整体式水源热泵机组的外形尺寸大，尤其是机组的高度较高，安装在吊顶内的机组，必须考虑此因素。此外机组的重量较重，整体式机组的重心也不一样，这就要求吊装时，必须注意机组的重心，使各吊架受力较均匀，且必须采用弹簧吊架。

5.结论

水源热泵空调系统的能源利用率要比空气源热泵空调系统高。如果采用地下水、江河湖水等能量，其效率可以进一步提高。同时，水源热泵水管路系统的设计应兼顾开式及闭式两种情况及其互相之间的转换，还必须考虑开式及闭式系统的水力平衡问题。最后，必须加快符合中国国情及适应中国气候条件的 水源热泵产品的研制开发，这已成为一种实用、可靠、节能、经济的空调系统形式。

（作者简介：辽宁天维纺织研究建筑设计集团有限公司）

地源热泵空调系统的别墅设计 第3篇

地埋管换热器系统设计

地埋管换热器系统设计应根据全年动态负荷计算, 计算周期至少为1年, 应满足系统最大吸热量或放热量的要求, 冬季总吸热量与夏季总放热量宜相平衡。当冬季吸热量和夏季放热量相差较大时, 应考虑采用辅助冷源或热源与地埋管换热器并用的方式, 如燃气炉或太阳能辅助热源、冷却塔辅助冷源。在北京地区, 应对冬季取热量进行精心计算, 保证冬季机组运行时地埋管换热器进口最低温度不低于4℃, 否则会引起热泵机组防冻保护停机, 且使制热效率低下。

对于别墅建筑, 因单体建筑面积不是很大, 每栋别墅的垂直埋管换热器数量不是很多, 以埋深100米计, 一般换热器数量在4～10个左右。为便于系统调节、检修, 地埋管换热器的管道连接方式应尽量采用并联方式, 即每个换热器的供回水管道直接接至检查井分集水器, 这种方式便于进行水利平衡调节, 且大大增加了系统的可靠性, 如万一有1个换热器坏了, 也不会影响其它换热器的正常使用, 系统还可以方便的进行补孔、扩展。

地源热泵空调系统的舒适性问题

别墅建筑面积一般为几百平米, 室内空调系统水管路较短, 并且管径较小, 系统水容量有限, 当出现部分空调负荷时, 热泵压缩机开、停机频繁, 空调供水温度波动较大, 从而产生水系统的热稳定性问题。

在进行别墅建筑空调设计时, 一些设计人员没有考虑朝向差异和房间的同时使用系数, 而一律采用负荷指标估算法来计算空调负荷和选用空调设备, 得到的结果往往偏大, 造成的后果是使水系统热稳定性更差。水系统热稳定性差的系统, 其空调房间内温度容易产生较大的波动, 从而影响房间内的舒适性。由于小型集中空调系统相对比较简单, 并且许多设计人员对别墅建筑空调独有的特点缺乏深入的了解, 在进行空调水系统设计时, 往往照搬大中型集中空调水系统的设计经验, 而忽视小型集中空调水系统的热稳定性问题。

所谓热稳定性好坏问题, 是指在室内负荷变化和室外机开停机影响下, 送水温度的波动大小, 送水温度波动小, 热稳定性便较好, 反之, 则差。热稳定性好, 则室内温度变化也小, 使人感到舒适, 如果由于送水温度时高时低, 则室内温度也会相应波动, 舒适性便差。

保证系统稳定性的措施

系统最小水容量的确定对于别墅建筑的地源热泵空调系统来说, 要解决系统温度波动问题, 获得良好的热稳定度, 首先应尽量准确地确定空调负荷, 并选用装机容量相匹配的热泵主机;其次, 系统的水容量越大, 系统蓄冷 (热) 量越大, 则系统的热稳定性越好, 反之, 系统的热稳定性越差。因此, 水系统设计时, 应校核计算系统水容量是否满足系统热稳定性要求, 当系统实际水容量不能满足要求时, 应加大系统主管管径或增设一个储水箱。当然, 系统水容量也不是越大越好, 水容量过大, 其热稳定性毫无置疑是良好的, 但是, 较长时间停机后, 再开机时将会延长空调预冷或预热的时间。

末端供回水管路采用同程式设计为了地源热泵空调系统内多台风机盘管机组的进水量容易平衡和增加水系统的水容量, 建议供回水管道采用同程式设计。

供回水管道保温层厚度供回水管保温通常采用橡塑管, 为了减少热量损失, 其厚度也不小于30mm。

室外主机容量可适当减小末端风盘适当放大

别墅建筑每个房间的空调末端不可能同时满负荷运行, 如当客厅、餐厅开空调时, 卧室、书房几乎不开或少开。可视具体情况, 适当降低主机容量, 以降低初投资和运行费用。冬季地源热泵空调系统供水温度一般为45℃, 低于传统空调热水温度, 风机盘管的选型应适当放大以满足房间负荷需求。

设置地板采暖系统应注意的问题

地板采暖具有温度均匀、舒适度高等优点, 在别墅建筑中得到了广泛应用, 地源热泵系统冬季可提供45℃的热水, 完全可以作为地板采暖系统的热源。在设计使用地源热泵作为地板采暖热源时, 为了保证良好的水力平衡, 便于调节、使用, 建议将地板采暖系统和风机盘管系统设计成相互独立的管道系统, 即在机房内分别设置风机盘管系统和地板采暖系统的主供回水管道, 设置切换阀门。冬季使用时, 关闭风机盘管系统的供回水管阀门, 开启地板采暖系统的供回水阀门使用地板采暖系统供暖。

如果地板采暖设置了房间温控器来控制分集水器的电动两通阀, 则机房主供回水管道间必须设置压差旁通阀, 以保证系统正常的循环水量, 防止热泵主机水量不足报警、损坏水泵。

热泵空调控制系统 第4篇

前言 随着人们生活水平提高,消费用电量也大量提高。尤其空调系统用电量在建筑用电中占有不小的比重。为缓解能源危机,21世纪节能技术已经成为社会发展的必然趋势。水环热泵结合浅层地热能的土壤源水环热泵技术得到了较快的发展,其不仅进一步提高了水环热泵系统的性能,也扩大了水环热泵的适应范围,是今后水环热泵技术的

发展方向。

1.土壤源水环热泵的工作原理

系统工作:

夏季:水环热泵处于制冷状态,水环路吸收的热量经过循环水泵去冷却塔和地埋管将热量放散到大气和土壤中。

冬季:外区水环热泵向水系统吸热,内区水环热泵可能向水系统放热或吸热,混合后的环路水需去土壤取热量后再次流向水环热泵。

2.土壤源水环热泵的特点

2.1回收余热、节能

土壤源水环热泵是通过一个循环水系统将不同区域的各机组有效地组织起来,冬季会把有的区域热量转移到另外需要热量的地方,从而达到回收余热、节能的目的。

2.2灵活性

安装的灵活性。可以整栋大楼一次完成安装或者根据大楼的租住情况部分安装使用。

运行、管理的灵活性。水环热泵用户可以按照户、层、楼、区域等运行并收取运行费用,不同区域设备故障检修时并不影响其他区域使用。

调节的灵活性。水环热泵可满足同时供冷和供热要求的场合,达到四管制风机盘管系统的效果。

2.3水环热泵系统的主机房占地面积较常规中央空调系统要小很多。

2.4地埋管水环热泵系统冬季运行工况稳定,没有以往风冷热泵的容霜问题,也没有供热锅炉方面的大气污染物排放问题,设备效率较高。

2.5系统设备分散,维修量稍大,系统投资稍多,应根据具体工程情况选用。

3.土壤源水环热泵的应用范围

土壤源热泵系统应用在有内外区的`地方时节能效果显着;或需要独立计量控制的项目;无法实现井水回灌、不好设置锅炉房等辅助设备机房的项目;还很适合同时供冷和供热的场所,可以替代常规四管制空调系统。

4.水环热泵结合地埋管的空调系统工程实例

4.1工程概况

工程位于浙江省,总建筑面积18万m2。地下二层,汽车库、商业和设备用房。地上3栋高层办公楼,A楼B楼C楼,每栋26层,高度分别为90.6m;裙房为四层,分别为D楼E楼F楼,功能为办公、报告厅、餐厅,总高度22.2m。空调建筑面积近13万平米。

4.2空调系统设计

本工程选用的是土壤源水环热泵系统,主要考虑因素为以下几点:

① 业主提出A楼B楼C楼为分层出租办公楼,每层电量核算、使用要灵活。

② D楼E楼F楼为人员比较密集的场所,单层面积都超过m2,进深较大,近40~50m,存在较大内区,比较适合水环热泵系统。

③ 整个建筑比较紧凑,难以选用合适的锅炉房位置及泄爆口、烟囱位置。

④空调使用时不受室外环境温度影响太大,保证冬季供暖的舒适性。

4.2.2空调水系统原理简图

4.2.3空调冷热源

经计算,夏季空调总冷负荷19624KW,总热负荷10267KW。空调总冷指标149W/m2,总热指标79W/m2。

空调冷热源由水环热泵提供,分体水环热泵主机设置于走道或噪音要求不高区域吊顶内,整体式水环热泵置于空调机房内。水环热泵释放的热量夏季由闭式冷却塔和地埋管系统承担,冬季吸收的热量由地埋管系统承担。

4.2.4空调风系统设计

① 办公、行政中心等小开间区域采用分体水环热泵机组,新风采用全热交换式换气机。展厅、行政中心等大开间区域采用整体机全空气水环热泵机组。

②吊装在吊顶内全热交换式换气机组周围设置隔声维护措施。

4.2.5空调水系统设计

①水系统均为闭式系统。A B C楼分别在地下二层机房内设置板式换热器构成ABC楼用户侧独立循环水系统,解决系统局部压力过大问题。ABC楼板式换热器的一次侧与DEF楼、地埋管、闭式冷却塔构成低区循环水系统。由于低区各系统阻力、流量相差较大,且为了便于进冷却塔和地埋管系统的水量控制,低区设置二级泵系统,地埋管与冷却塔分别设置了定流量带盈亏管的一级泵,ABCDEF各楼各设置变频运行的二级泵。

夏季冷却塔进出水设计温度37/32°C,地埋管侧设计进出水温度35/30°C,板换一次侧进出水温度介于(30~32)/(35~37)°C。板换二次侧设计进出水温度介于(30~32)+1/(35~37)+1°C。冬季地埋管一次侧设计进出水温度15/10°C,板换二次侧设计进出水温度9/14°C。

②水环热泵系统水平主管路和竖向管路均采用同程式系统。 ③为防止系统的水力失调,在一级集水器的各回水分支处、每栋楼每层进竖井的回水管分支处设置静态平衡阀。 ④ 高区各水系统设置高位膨胀水箱定压。低区水系统在地下二层设置落地式膨胀水箱定压。 ⑤高区各水系统设置高压自动加药装置。低区水系统为防止系统事故漏水渗漏到土壤污染地下水,水处

理采用旁通水处理装置。

4.2.6地埋管系统设计

本系统设计之前由勘察公司对现场进行了勘察,并打了2口测试井,土壤平均导热系数为1.84 W/m・℃,意味着有较强的地下换热能力,适合做地源热泵系统。地埋管报告结果如下表:

1#井(井深100m,管径d25)

制冷模式

埋管深度 m

夏季换热指标 W/m井深

夏季单孔散热量 W

100

64.3

6430

制热模式

埋管深度 m

冬季换热指标 W/m井深

冬季单孔取热量 W

100

48.2

4820

2#井(井深115m,管径d32)

制冷模式

埋管深度 m

夏季换热指标 W/m井深

夏季单孔散热量 W

115

67.8

7797

制热模式

埋管深度 m

冬季换热指标 W/m井深

冬季单孔取热量 W

115

53.6

6164

根据以上热响应测试报告结合项目的投资费用,地埋管采用双U形式并联设计,井深100m,孔间距4m。每根U型管外径d25。地埋管数量按照空调热负荷结合系统运行时发热量计算,冬季需向土壤吸热量接近7200KW,需井总数1340个,考虑到其它不确定因素留些余量,共设井数1640个。辅助冷源经计算选用4台闭式冷却塔,置于E楼四层屋顶,每台循环水量950m3/h。埋管换热器分配管采用同程形式,分集水器后总管采用异程式,传热介质为水。

4.3空调系统投资

投资项

总投资,万

地埋管及井

1600

水环热泵机组

1830

其它(包括安装、冷却塔、水泵、新风机等)

3190

投资汇总,万

6620

5.结论

土壤源水环热泵与常规水环热泵空调系统相比,节能效果显着。但由于系统投资较常规空调高,对地埋管系统施工质量有一定要求,选用施工队时要考虑队伍的施工能力,设计时要根据勘察资料在有利的自然条件地质构造下,经软件模拟分析、在有适合条件的前提下选用此系统。

参考文献

[1]马最良,姚杨,等.水环热泵空调系统设计[M].北京:化学工业出版社,

[2]师晋生.浅层地热能利用技术[J].新能源,

热泵空调控制系统 第5篇

关键词：地源热泵；顶棚辐射；水环热泵；经济效益

中图分类号：TK529 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0014-03

通常，土壤在超过地面之下3m时，温度全年比较稳定，通常徘徊在10℃～25℃之间。相对于空气源热泵，地源热泵制冷、制热系数要高约40%，达到3.5～4.4的水平，而其运行费用却不到普通中央空调的一半。相对于传统的水冷螺杆机组+燃气锅炉系统，地源热泵空调系统占用的建筑空间小得多，且更易维护，仅需定期清理空气过滤网及凝结水盘即可。另外，该系统环保效果也很理想，无污染，无噪声。总之，地源热泵空调系统由于其独特的优势，受到业内人士广泛的重视和采用。

1 工程概况

南郊农场地跨大兴、丰台、房山三区，地处城乡结合部，南郊农场办公楼总建筑面积13000m2，地上建筑面积9000m2，地下建筑面积4000m2，地上部分分主楼和附楼，主楼主要功能为办公，附楼主要为休息、接待场所。地下主要功能为设备用房及汽车库。建筑高度12.3m。

2 地源热泵空调系统设计

2.1 主要技术指标

本空调覆盖区域的主要技术指标设计如表1、表2所示：

2.2 空调系统选型及工作原理

主楼办公区的供冷及供暖采用的是垂直地埋管地源热泵空调+顶棚辐射系统，而附楼采用的复合型地源热泵空调系统为水环热泵+冷却塔+地埋管。工作原理分别参见图1、图2所示：

2.3 冷热源设备

通过负荷验算，主楼选用1台MWH180CB型土壤源热泵机组，其制冷量为626kW，制热量为494kW，其采取了顶棚辐射进行供冷和供暖的措施。夏季，冷水由地源提供，分为2路，一路通过板式换热器为楼板埋管供水，供回水温度为17℃～21℃；另一路用于屋顶的新风机组，夏季新风机组供回水温度为7℃～12℃。在冬季，热水通过地源获得，冬季楼板埋管空调供回水温度为25℃～29℃，而新风空调机组供回水温度为30℃～35℃。为达到空调夏季热平衡的目的，于夜间及负荷较低时段运行供楼板埋管系统将建筑预冷，并蓄冷于楼板，而于负荷高峰时段进行机械制冷时，楼板起辅助供冷作用。附楼的水环热泵+冷却塔+地埋管系统于夏季进行地埋管散热，辅以闭式冷却塔散热。水环路热泵（WLHP）空调系统的原理为在建筑物的内区需供冷同时外区需供热的情况下，将内区热量转移到外区，调整整个建筑内部的能量供求以达到一个平衡状态，这样可停运室外的冷热源，其经济效益十分可观，能量消耗也少。该主机采用分散式水环热泵机组，夏季冷却水供回水温度为30℃～35℃。

2.4 土壤换热系统

室外土壤换热采用的是垂直埋管系统。请地质专家勘查项目场地，且需测试土壤热物性。室外换热管长度和数量的选择需考虑到项目场地地质、水文情况和测井数据，并通过专业设计软件进行计算。充分考虑需求，一共装设90组垂直U型换热管埋深80m。

2.5 室内末端风、水系统

分别设置2组空调水系统和地埋管系统，分别独立应用于主附楼两个区域。附楼采用吊装式水环热泵空调机组+新风预处理机组。主楼采用顶棚辐射+置换式新风系统，于夏季为进行室内降温，将循环冷水注入辐射管网；于冬季为进行室内升温，将循环热水注入。室内潜热负荷由新风系统承担，新风机组由转轮式全热回收，送风由地板，排风由走道天花。顶棚辐射为楼板埋管，具体如图3所示：

3 地源热泵空调系统与传统水冷螺杆冷水机组+燃气锅炉系统的比较

当前，我国大中型建筑以“冷水机组+锅炉”作为中央空调冷热源形式占绝大多数，虽然该类系统具有高效率、高效果的优点，但运行耗能大。在此笔者结合该工程，从节能和经济方面比较分析地源热泵和“冷水机组+锅炉”两种冷热源的空调系统。

3.1 初投资比较

本项目中热泵空调系统初投资约220万元，其中地源热泵130万左右（包括室外地埋管、钻孔、土方等支出），卧式整体水环热泵75万左右，循环水泵约3万，冷却塔2万，其他10万左右。而采用传统的“冷水机组+锅炉”空调系统初投资约190万元，其中冷水机组80万左右，燃气热水锅炉90万左右，循环水泵约6万，冷却塔4万，其他10万元。

通过上述分析，相对于常规的空调系统，地源热泵空调系统的初投资更高，高出220-190=30万元。

3.2 运行费比较

设空调系统年供冷时间为1200h，年供热时间为960h，并设在负荷为100%、75%、50%和25%的情况下，系统供冷和供热时间分别占总时间的10%、30%、50%和10%，按照此假设进行冷热源设备年运行费用的计算和分析，参见表3所示：

通过表3得知，二者运行费差别为42-30=12万元/年，地源热泵系统的简单回收期约为30÷12=2.5年。该地源热泵机组设计使用年限为20年，而室外地埋管设计使用年限为70年，相对于传统空调系统，该地源热泵空调系统运行20年节省的费用为：12×20=240万元。

4 自动控制

4.1 主楼水泵控制方式

根据不同时候的负荷大小，该地源热泵空调系统设置压差旁通阀来调整地源热泵的数量。

4.2 附楼水泵控制方式

当系统处于空调季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将冷却塔开启并进行变频运转控制，在冷却水泵运行停止后，对地源热泵变频运转进行控制；当系统处于过渡季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将地源侧水泵开启并进行变频运转控制，在地源侧水泵运行停止后，对冷却塔水泵变频运转进行控制。

4.3 新风机组控制方式

当系统处于空调季节，将转轮式热交换器进行开启，并将排风中全热负荷进行回收；当系统处于过渡季节，将转轮式热交换器进行关闭，而将对应的新排风旁通风阀进行开启，另外，装设空气净化器于空调箱混合段后。

5 结语

相对于常规空调系统，地源热泵空调系统在节能和经济方面占据很大优势，本工程实例的分析计算结果显示，相比较传统的水冷冷水机组+燃气锅炉空调系统，地源热泵空调系统的初投资多出15.8%，而年运行费却节省约28.6%，仅2.5年左右就可简单回收。实际上，应用地源热泵时还需要考虑土壤和岩石特性对施工效果和初投资的影响，并且做好如土壤热物性参数、最佳匹配参数及动态特性的方面的研究，这些都是设计工程人员必须思考和总结的问题，对地源热泵应用的可行性的提高具有重要的意义。

参考文献

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[6] 张信树，刘泽华，陈北领，李香梅.某写字楼地源热泵冬季供暖性能测试及节能分析[J].制冷空调与电力机械，2007，（3）.

小型海水源热泵空调系统的设计 第6篇

海水的热能源于太阳且储量巨大，是可再生能源，并且在一定深度下海水的温度受气温影响很小，全年较为稳定，在15℃左右[3]，是空调系统中理想的热冷源，其次海水源热泵系统造成的污染物排放，比较空气源热泵或电供暖少许多，夏季不会向大气排放热量，不会加剧了城市的“热岛”效应。据美国环保署(EPA)估计，设计安装良好的水源热泵可系统节约用户30%～40%的运行费用[4]。

目前国内外研究和建设的海水源热泵系统都是大中型，例如:国外，如悉尼歌剧院和大阪南港宇宙广场区域供热供冷工程。国内，由青岛市环保局、青岛新天地环保公司和青岛发电厂合作建造的海水源热泵样板工程，在青岛发电厂投入使用，项目投资200万元，是我国第一个利用海水作为能源。但是，适合船用或岛屿及临近海水居民用的小型家用的海水源热泵系统市场没有相关产品。

1 小型海水源空调系统设计

小型海水源热泵空调系统的组成由室内机组与室外机组构成，其工作原理如图1所示。流经室外和室内换热器的介质分别为海水和空气，通过电动的四通换向阀来进行换热器功能的切换，以使房间获得热量或冷量。制热循环时，室外海水流过蒸发器而室内的空气流过冷凝器;在制冷循环时，室外海水流过冷凝器而室内空气流过蒸发器。室内机采用空气源空调系统的室内机。室外机的组成主要包括:压缩机、四通阀、板式换热器、干燥过滤器、毛细管、循环水泵。压缩机采用1 100 W定速压缩机;干燥过滤器根据管道尺寸要求采用一端11 cm另一端5 cm的干燥过滤器;毛细管尺寸为内径1.6 mm，长度为59 cm(具体将另文计算得出)。

1.1 板式换热器面积计算

设计采用的不锈钢材质的板式换热器，由一系列相互平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，在相同的金属耗量下板式换热器比其他换热器的传热面积大，流体在换热板之间的波纹形槽道中流动能够产生强烈的扰动，因此传热系数增大[5]。板式换热器换热总量Φ≥3 500 W(本文设计功率参照格力型号为KFR—35GW/K(35556)K1C—N2的定速空气源热泵空调，其制冷量为3 500 W，能效比为3.3)。根据计算公式(1)、式(2)和式(3)[5]可以计算出所需板式换热器的换热面积A。

设计选择BP型板片，板间距s=4.8 mm，流道宽b=430 mm，板厚δ=0.8 mm，根据产品规格的参数，α1、λ、rd1、rd2和α2分别取7 020、16.3、0.000 017、0.000 009和8 637[5]。求的k=3 000 W/(m[2]·K)，因此得到换热面积为

据此选择的换热器尺寸为:20×14×10(长×宽×高)板片，制冷功率为3.8 kW，板片数量为20片，换热总面积为0.25 m[2]，工作压力为3 MPa，工作温度为-160～225℃。板式换热器的焊管接口为19 mm，管牙接口为20 mm。

1.2 水泵的匹配

水泵供给的海水流量必须足够与换热工质换热，否则在换热时会出现管道结霜甚至压缩机工作失常的现象。从板式换热器的换热量推算，可得换热器中的换热工质与海水之间的换热应平衡。

根据公式Φ=CρνΔt[5]，可得海水的流量v

式(4)中Φ为换热量，Φ=3 500 W;C为海水比热容，C=4 200 J/(kg·℃);ρ为海水的密度，ρ=1 300 kg/m[3];Δt为海水的进出口温差，Δt=2℃。由此求得v=19.23 L/min，据此设计中水泵采用v=20 L/min规格循环水泵。

2 海水源热泵空调系统的焊接制作与实验

焊接时先从四通阀开始，焊接前将四通阀上的线圈与塑料制品拆下，防止焊接时高温将其烫坏。压缩机压液出口焊接之后与四通阀上接口焊接，此段焊接选用直径6 mm的铜管焊接。四通阀制冷剂端口与板式换热器的焊接，铜管与不锈钢管口焊接时由于两种金属的熔点不同，在焊接时避免高温破坏换热器内部结构，在焊接时将板式换热器放在水中进行焊接。其他部分按原理图焊接即可。焊接完整后将向系统中充制冷剂，制冷剂充灌量依据在系统运行时，高压端压强在2.3 MPa附近，此时测得的低压端电压在1.5 MPa附近。

系统稳定后，分别测试了制冷和制热时室内温度(tr)、出风口与室温温差(Δtr)、及海水进出口温差(Δtw)，数据如图2和图3所示:

系统的制冷量和制热量可通过公式(4)得出，各参数的取值列于表1中，计算的结果列于表2中。进而，系统的能效比EER和COP可通过公式(6)和式(7)得出，式中P为系统消耗的电功率，值见表1，计算结果见表2。

对系统进行实验，结果如表1和表2所示，海水源热泵空调系统的制冷量和制热量分别为5 205.924 W和5 739.497 W,COP和EER分别为4.159和4.412，比空气源的热泵空调系统的COP和EER分别提高26%和33.6%(空气源热泵空调系统的能效比为3.3[7])。原因在于:一方面，将传统的窍管式换热器改换成板式换热器，提高了换热效率;另一方面，海水的温度夏天远低于空气的温度，而冬天远高于空气的温度(以我国东部地区为例，夏天温度在30℃左右，冬季在-2℃左右，而在一定深度下海水的温度大致在15℃[3])，也提高了换热效率，并且与空气源热泵相比，由于和海水换热，无结霜现象，不会产生城市的热岛现象。

3 结论

设计制作了一台海水源空调热泵空调系统，该系统以海水作为热源，制作设计采用1 100 W定速压缩机，考虑到海水的腐蚀性，海水端换热器选用换热面积为为0.25 m[2]的不锈钢板式换热器，循环水泵流速为v=20 L/min，毛细管长度为59 cm，室内机与1 100 W空气源空调室内机相同。对制作的海水源热泵空调系统进行实验，结果表明:实验制作的海水源热泵空调的制冷量和制热量分别为5205.924 W和5 739.497 W,COP和EER分别为4.159和4.411 8，比传统的空气源的热泵空调系统COP和EER分别提高26%和33.6%，并且与传统空气源热泵相比，无结霜现象，不会产生城市的热岛现象。

参考文献

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[5] 余建祖,换热器原理与设计.北京:北京航天航空大学出版社,2005

[6] 杨世铭,陶文铨.传热学.北京:高等教育出版社,2006

土壤源热泵空调系统的运行测试研究 第7篇

能源的匮乏,环境问题的加剧,人们对室内环境要求的不断提高,迫使人们必须为建筑寻找一种可持续发展的空调冷热源模式。热泵趁此契机在建筑中得到了广泛应用[1]。冬季从土壤中取热,向建筑物供暖;夏季向土壤排热,为建筑物制冷。高效热泵机组的能效比一般能达到4.0以上,与传统的冷水机组加锅炉的配置相比,全年能耗可节省40%左右,初投资偏高,机房面积较小,节省常规系统冷却塔可观的耗水量,运行费用低,不产生任何有害物质,对环境无污染,实现了环保的功效[2]。

1 项目简介

1.1 地理条件

呼和浩特位于中国北方内蒙古自治区中部的土默川平原上,东径110°46′至112°10′,北纬39°35′至40°51′。总面积17224平方公里。北依阴山,南濒黄河,市区平均海拨1050米,呼和浩特在气候分区上属于严寒地区。

1.2 系统简介

内蒙古地区自然资源丰富,土地辽阔,尤其是浅层地热能十分丰富,内蒙古自治区发展和改革委员会综合办公楼位于呼和浩特市,总建筑面积约为5.1万平方米,划分为A、B、C三区,A区为综合楼,B区为机关办公楼,C区为二级办公楼。本工程冷热源采用了土壤源热泵系统,打井个数为724个,单孔深度为100m,占地面积为1.81万m2。

1.3 设备情况

该工程设有2个独立的热泵机房,均选用2台相同的热泵机组,单台制热量和制冷量分别为865k W和835k W。空调系统末端采用了风机盘管空调系统承担冬季采暖、夏季制冷负荷。

2 运行情况

2.1 系统运行

该工程的设计总冷负荷为2900k W,总热负荷为5100k W,系统夏季采用土壤源热泵作为冷源,冬季采用土壤源热泵并以燃气锅炉作为辅助热源。实际运行中,由于项目所在地土壤温度较低,从地源侧进入热泵机组的循环水温度也较低,在第一个制冷季初运行的几天当中,热泵机组频繁关闭,同时也造成机组能耗的增加,不利于节能和长期运行,另外空调给用户侧提供的冷负荷远大于冷负荷,所以决定停止使用热泵,地埋管侧的水直接走旁通进空调,不启动空调侧的循环水泵,只启动地埋管侧的循环水泵,即夏季土壤源热泵不运行,直接使用循环水泵完成地下换热器与室内空调系统的热交换,运行时间为3个月,从6月份到9月份;冬季热泵系统每天连续运行,采暖期为6个月,从当年的10月份到翌年的4月份。当室外气温较低热泵满足不了负荷时,采用燃气锅炉辅助供热。

2.2 运行工况测试

2009年、2010年对其中一台机组能耗进行了测试,选取系统满负荷运行状态测试,检测持续时间为:夏季为2009年7月25日9:00时到7月26日9:00时、2010年7月21日9:00时到7月22日9:00时;冬季为2009年1月21日17:00时到1月22日17:00时、2010年1月27日17:00时到1月28日17:00时,各参数的自动储存记录时间间隔为1分钟,现场设备的运行状态检查时间间隔为0.5-1小时。

2.3 测试仪器

2.4 测试结果分析用户侧制冷量、供热量Q1=ρ1V1cp1

式中Q1—用户侧供(冷)热量,k W;

ρ1—用户侧水的密度,kg/m3;

V1—用户侧的体积流量,m3/h;

cp1—用户侧水的比容,k J/(kg﹒℃);

tin1、tout1—机组末端侧进、出水温度,℃

用户侧制冷量、供热量Q2=ρ2V2cp2t!out2-tin2"(2)

式中Q2—地下侧排(取)热量,k W;

ρ2—地下侧水的密度,kg/m3;

V2—地下侧的体积流量,m3/h;

cp2—地下侧水的比容,k J/(kg﹒℃);

tin2、tout2—埋管的进、出水温度,℃。

式中COP—机组性能系数;

P1—热泵机组的输入功率,k W。

经过测试计算,系统冬季运行能效比为2.3,夏季运行能效比为10.6,即土壤源热泵空调系统在严寒地区应用时,夏季节能效果明显优于冬季。

3 运行效果与系统评价

3.1 运行效果地热经过板换热后,直接供到机组,冬暖夏凉。

3.2 运行费用

冬季采暖:土壤源热泵为3.15元/月·m2;燃煤锅炉为2.9元/月·m2。城市热网为3.68元/月·m2(呼和浩特市供热价);溴化锂吸收式直燃机8.8元/月·m2。土壤源源热泵的运行费用比较低。虽然比燃煤锅炉高0.25元/月·m2,但考虑到锅炉的折旧费用以及运行环保问题,土壤源源热泵要比燃煤锅炉经济。

夏季制冷:在夏季制冷费用方面,土壤源源热泵空调系统与其他形式空调系统相比,具有独特的优势,比分体空调低67.8%;比冷水机组低53.4%;比溴化锂直燃机低60.7%。

摘要：本文研究了加辅助热源的土壤源热泵空调系统在北方严寒地区的应用情况,提出了运行中存在的一些问题及解决措施,得出在呼和浩特使用土壤源热泵空调系统夏季制冷效果好,能效高,冬季需要辅助热源,能效比较低。

关键词：土壤源热泵,呼和浩特,能耗分析

参考文献

[1]姚文涛供水人厦空调冷热源方案比较[D].西安:西安建筑科技大学,2004.

基于水源热泵空调系统运行的研究 第8篇

空调运行所产生的能耗在我国总能耗中占据了很大比例, 空调运行系统亟待改善。水源热泵空调系统的出现, 满足了人们对空调节能方面的要求, 对于构建环境友好型社会极为有利, 对水源热泵空调的运行系统进行优化控制, 能有效提高居民的生活质量, 进一步发挥其生态环保的效应。下面对水源热泵空调系统进行研究, 分析其优劣势, 并以此作为依据提出一些改进措施。

1 水源热泵空调的运行

支撑水源热泵空调系统运行的能源是一种低温低位热能资源, 这种资源是来自于地球表面的浅层水源所吸收的地热能和太阳能, 比如河流、湖泊或者是地下水等, 再根据热泵原理, 输入一些高位电能, 实现低位热能向高位热能的转换。

(1) 水源热本空调系统对温度调节的范围进行了拓展, 且根据季节的变化, 为水源热泵空调系统提供热能的水源温度也发生了变化, 这更方便空调系统的制冷制热, 不仅能有效提高空调系统的运行效率, 而且进一步降低了能源消耗, 对资源进行了更合理的利用。

(2) 为水源热泵空调系统提供热能资源的水源中, 地下水与其他水源是不同的, 其受外界温度的影响较小, 温度稳定性较高, 使水源热泵空调系统运行的可靠性大大增加。

以上两点就是水源热泵空调系统相比于一般空调系统的优势所在, 这种空调技术是比较符合现阶段我国经济发展的需要的, 但是就目前来看, 我国在这项技术领域的研究还比较少, 对于一些技术难点还未曾攻克, 水源热泵空调系统在进行温度调节时, 并不能很好的满足使用者的需求, 且运行起来噪音比较大, 再加上这项技术的研发费用比较高, 投入的资金所获得的收益还不明显等等, 这些都是水源热泵空调系统必须尽快进行解决的问题。

随着人们生活水平的逐渐提高, 空调的应用范围已经越来越广, 所带来的能源消耗也越来越大, 水源热泵空调系统比较方便快捷, 更适合被广泛的加以应用, 是空调技术发展的一大进步。相关技术人员要认识到空调系统安全运作的重要性, 对系统的运行原理进行全面的分析, 找出安全隐患的所在并及时进行解决。下面将对如何提高水源热泵空调运行效果进行具体的探讨。

2 优化水源热泵空调系统运行的措施

2.1 做好空调系统运行的检测

水源热泵空调系统的运行方式与一般的空调系统是有差别的, 要对空调的安装位置进行检查, 观察空调在运行中是否会出现噪音过大的情况, 以此来判断是否有安全隐患的存在。另外, 要定期对空调进行清洁处理, 避免由于积灰过多而导致系统运行出现故障。

(1) 对空调系统运行的各项参数进行检测, 对水源热泵空调系统的运行状况进行实时监测, 检测过程中要保证空调设备不会被损坏。

(2) 根据空调运行的相关理论和原理, 按照故障检测的基本原则, 定期对水源热泵空调的运行状况进行评价, 对空调的使用寿命进行合理规划, 保证预定目标的顺利完成。对于水源热泵空调运行过程中噪音过大的情况, 要及时进行改善, 另外在空调个性化的方面也要进行一些必要的调整, 以便符合现代人们的使用需求。

(3) 对水源侧的水质进行检测, 不管是地下水源或者是地表水源, 水质都对系统有着重要的影响, 轻者影响效果, 重者则影响整个系统的寿命。所以一定要确保水质良好, 满足作为冷却水的水质标准。

(4) 对水源的水温进行检测, 尤其是每年最热月份以及最冷月份的水温状况, 水温的变化影响着系统的效率, 甚至会导致系统无法运行。通过检测, 查找原因, 是否需要清理板式换热器或则水泵是否运行正常, 及时排除。

(5) 对水源的水量进行检测, 防止水量不够出现机组故障保护, 通过检测查找原因, 是否需要清洗过滤器。

2.2 建立完善的系统控制体系

水源热泵空调的运行系统在不断的改变, 系统运行质量管理的内容在不断增加, 关于系统控制的体系也要随着进行完善, 水源热泵空调系统控制体系应包括空调的规划目标、安装跟踪反馈以及质量监督保障三部分管理内容。

(1) 质量管理规划要根据水源热泵空调系统的发展现状来制定, 管理思维要具有差异性, 管理理念的形成应以管理价值为基础, 与实际情况相适应。

(2) 要保证质量管理的贯穿能动性和系统性, 能很好的协调各层级的关系, 实现对资源的充分利用, 建立严格的资源利用规范, 降低空调运行所带来的能源消耗。

(3) 在保证质量管理平台稳定可靠的情况下, 要进行人力资源的优化配置, 对人员进行有效的组织规划, 推动水源热泵空调系统的长足发展。

2.3 开发水源热泵空调运行的新方向

(1) 要定期对水源热泵空调系统的运行状况进行检测, 通过维修养护来提高空调设备的使用寿命。 (2) 空调技术信息收集方式要以智能化为发展方向, 数据分析要尽可能的系统化, 相关技术人员通过不断地进行检测技术的改良试验, 研究出了一种新的智能诊断技术, 更好的实现了对空调系统运行状况的实时监测, 通过新式设备对空调运行系统进行联网控制, 改善目前故障检测中的不足之处, 实现检测技术的多元化发展, 切实保障空调系统的安全运行。

2.4 展望新型的水源热泵———污水源热泵空调

污水源热泵是一种新型的水源热泵, 在近年来获得了广泛的应用, 相比于使用河流、湖泊或是地下水源热泵而言, 虽然前期的运行资金比较高, 但从总体的环境效益和生态效益而言, 有更明显的优势, 据预测, 污水源热泵空调大规模投入使用之后, 将使我国每年的二氧化碳排放量减少2.03×108~29.4×108t, 具有更好的发展前景, 毕竟在未来的城市建设中被广泛推行。

3 结束语

总而言之, 空调所带来的大量能源消耗和环境污染已经严重影响了我国经济的可持续发展, 空调运行系统的设计进行优化已经成为空调行业发展的必然趋势。水源热泵空调系统的出现极大地改善了传统空调系统的运行效率, 更符合目前我国国情的需要。相关技术人员应完善相关的系统控制体系, 做好系统运行的实时监测工作, 保证水源热泵空调系统运行的安全, 更多的使用新的智能手段和设备, 加大对污水源热泵空调系统的研究力度和投入资金, 使其特有的环境效益和社会效益得以良好的发挥, 实现空调系统运行模式的多元化, 满足居民的使用需求, 实现我国的能源发展战略, 为构建人与自然和谐统一的生态化社会做贡献。

参考文献

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[5]张远东, 万育生.我国地下水源热泵应用现状和监管措施探讨[J].中国水利, 2009 (21) .

海水源热泵空调系统设计的探讨 第9篇

海水源技术作为国家鼓励的环保节能技术, 因其较高的能效比、经济性、灵活性, 同时具有制冷、供热和供应热水多种功能, 在目前全球倡导低碳节能大趋势下, 具有广阔的应用发展空间, 尤其在厦门资源丰富的城市。厦门有得天独厚的地理气候条件及各种政策支持, 技术稳定可靠, 经济合理, 充分体现了海水源热泵系统经济性、节能性、环保性以及效率高的优点。但与海面的距离直接决定了海水源热泵节能的能力, 海水的利用需得到相关部门的协助与支持。因此建议为项目创造良好的外部环境和经济条件, 促使海水源热泵技术在厦门的早日推广, 发挥其深远的社会效益, 进一步促进厦门市快速、健康、和谐的发展。而且海水中所蕴含的热能是典型的可再生能源, 因此节能环保的海水源热泵产业化研究有着广阔的发展前景和市场。

一、海水源热泵空调系统的换热形式与换热器的选取

地球海域面积辽阔, 海面时刻受到太阳的照射, 海域周围具体气候条件, 这些因素都使得海水温度会因地、因时而异。为尽量提高海水源热泵空调系统的效率及降低运行成本, 在设计海水源热泵空调系统时, 对其海水源换热器的性价比分析与设计方案选取就显得尤为重要。

1.1按照换热器的摆放位置区分的两种形式

图1所示的形式Ⅰ是利用水泵从海中抽取海水, 经过水处理后, 送到用户端中设置的一个水池中, 在水池布置换热器。这样有利于换热器的保养, 减少换热器的损坏。但是由于建筑空间有限, 很难设置足够大的储水池。而且海水需经过水处理, 水处理的初投资较高, 运行费用也很高。以现有的技术力量还很难从根本上降低该工程的经济运行成本。

图2所示的形式Ⅱ是将换热器置于海水之中, 利用水泵将冷却水从用户侧抽到换热器中与海水换热, 从而达到冷却、供热效果。这样的布置, 对于换热器的抗腐蚀与抗压能力要求很高。其优点在于:由于海水海域广阔, 海水量的利用无需顾虑, 因而可以设置较大面积的换热器, 可减少建筑设置换热器的面积;另外, 因为海水的流动特性具有降解污水功能, 从而省却了污水水处理这一环节, 减少了不少初投资和运行费用。但对于换热器的技术要求较高, 基于经济运行成本及技术条件考虑, 本次设计采用此设置。

1.2海水源热泵空调换热器的选取

本设计选用毛细管网换热器:毛细管网换热器模拟毛细血管调节人的体温来调节室内表面温度, 以流动的水为介质传递热量。

结构特点:毛细管网换热器由两根供回水主管和若干毛细管组成集配式结构, 流量分布均匀、水力损失小、散热表面积大。

材料特点:制作毛细管网的原料可以是PP-R、PE-RT或PB等可热熔性树脂, 均是绿色环保的原料, 具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点, 从而使毛细管网具有广泛的用途使用特点:毛细管网轻薄、柔软、荷载小、结构合理、性能优良, 因此具有安装方便、高效节能、高舒适度、绿色环保的特点。

按照以上特点, 毛细管网换热器十分适合于布置在海水之中, 而且毛细管柔软的特点, 不容易在换热器中积聚垃圾、海藻等物, 几乎不需要维护。

毛细管网在温度t=65℃, 压力P=0.6MPa工况下使用寿命为50a, 毛细管网长期工作压力一般不超过0.6MPa, 爆破压力5.6MPa。

毛细管网外径φ4.3mm, 内径φ2.5mm, 壁厚δ0.8mm, 干管为de20。单片毛细管网标准宽度为660mm, 毛细管长度根据设计图纸而定, 考虑到水力平衡等问题, 一般长度不大于12m。

1.3地区周边海水情况对换热器的影响

以厦门的海水平均温度取两个参考时间, 分别是2月和7月, 经统计2月份海平面平均水温为12.5℃, 7月份海平面平均水温为28.5℃。

由于选取的换热器具有耐高温、耐高压和耐腐蚀的特点, 故不需要考虑海水盐度和海水的腐蚀性问题。只需要考虑海水的流速和平均温度。由于将换热器置于海中, 故海水的流速对换热器的安全有很大的影响。经过查找资料, 水越深, 水速就越稳定。考虑到施工问题, 本设计选择在海平面28~30m处设置换热器。因为对于厦门地区来说, 28~30m处, 水温变化和水流速度都比较稳定, 而且退潮和涨潮对换热器的工作影响不大, 28~30m深度的海底距离海岸线也不是很远, 大概300m左右。本设计的建筑物离海岸线大约为200m。根据资料查找可得:海深30m处的水温为:夏季:24℃、冬季18℃, 水速变化为0~0.3m/s[3]。海深30m处的压力P由液体压强公式计算:

符合1.2节中对毛细管承压的要求。

二、海水源热泵冷却水系统的设计分析2.1冷却水类型的确定

因本次设计采用了图2的海水源热泵空调形式, 所以采用的海水源热泵冷却水系统为闭式系统。对于闭式系统:只有膨胀水箱通大气, 所以系统的腐蚀性小, 因系统简单, 冷耗损失较少, 而且不受地形的限制。由于在系统最高点设置了膨胀水箱, 整个系统充满了水, 冷却水泵的扬程仅需克服系统的流动摩擦阻力。冷却水系统类型采用循环冷却水系统, 该类冷却水系统在空调工程中应用较广泛, 且在运行过程中只需少量的补给水就能满足整个水系统需求, 不足之处则是该冷却水系统需要增设循环泵和冷却构筑物。

2.2冷却水箱的设计

本设计在主机房旁边加设了冷却水箱, 如图2所示, 加设冷却水箱的原因是:由于冷却水管管段较长, 冷水循环泵容易产生气蚀现象。冷却水箱起到了膨胀水箱和补水作用, 保证冷却水泵入口不发生气蚀现象。依据文献, 冷却水箱的容积应不小于循环水量的1.2%, 大小由设计中计算出的冷却水循环量来决定。

2.3冷却换热器的选型

毛细管网换热器具有很好的抗海水腐蚀的特性, 其优点有利于设立在海水之中, 故本设计采用毛细管网换热器作为冷却换热器。毛细管网换热器的选型, 换热器换热量计算式为:

式中q-换热量, W/m2;

T1-系统供水温度, ℃

T2-系统回水温度, ℃

T-换热水体环境的温度, ℃

夏季冷负荷:

式中T81-系统夏季供水温度, ℃;系统夏季回水温度, ;

T82-系统夏季回水温度, ℃;

T83-换热水体夏季环境温度, ℃;

Tw1-系统冬季供水温度, ℃;

Tw2-系统冬季回水温度, ℃;

Tw3-换热水体冬季环境温度, ℃;换热面积计算公式:

换热面积计算公式:

式中A-换热面积, M2

Q---总负荷量, W

可分别算出夏天换热面积As和冬天换热面积Aw。其上两值选其一作为换热器的面积, 设计原则本应选数值较高的作为换热面积参数, 但由于该工程位于厦门, 属于夏热冬暖地带。故所算出的夏季冷负荷必然大于冬季的热负荷。根据制冷原理, 同一循环的制冷量小于制热量, 故所选热泵机组的制冷量小于制热量, 所以所选机组的制热量大于建筑冬季热负荷。综上所述, 应选择夏季的换热面积作为选取换热器的参考依据。并乘上安全系数k, k取1.15。

所以:换热器的换热面积:A=As×1.15

实际工程设计中采用的换热器板块为3m×5m的外框, 一个板块的面积为15m2, 厚度约为0.15m, 板块数为N=5078/15=340块。长度为340×0.15=51m。

2.4冷却水泵选取

冷却水泵的作用:能对热泵主机处理完的高温水加压, 使其克服管道阻力, 到达毛细管网换热器中与海水换热, 并循环回到冷却水箱中。再由冷却水箱供给到热泵主机进行换热。在实际施工中按冷却水水泵出口到换热器的距离来铺设管材, 水泵出口设置PVC管, 管径选取按设备配置管材, 按相关参数计算管径内的实际流速、比摩阻、沿程阻力及局部阻力。局部阻力为沿程阻力的30%, 进而可计算出管道总阻力。选取冷却水泵时泵的流量和沿程阻力应有10%~20%的富裕量。

结语

海水源热泵空调系统是具有节能、环保意义的可再生能源系统, 其研究、推广及应用都有很大的发展空间和市场前景。其水源换热器的设计和应用的性价比是关键, 本文只是就换热器的摆放方式进行了简要的探讨, 并对其冷却水系统相关设备的设计及计算选型进行分析, 但对于任一给定的具体实际工程, 设计者还是需要从实际的能耗特性、经济性以及系统的可靠性等方面进行更详细的计算与分析, 才能使海水源热泵空调系统在实际工程应用中达到最终满意的效果

参考文献

[1]蒋爽.海水热泵系统的应用及发展前景[J].节能与环保, 2005, 10:11～14.

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[3]郭伟其.东海沿岸海水表层温度的变化特征及变化趋势[J].海洋学报, 2005.

[4]电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[5]陆亚俊.暖通空调[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

热泵空调控制系统 第10篇

【关键词】地源热泵；空调系统；节能问题；应用优势

在当前的建筑领域中，节能理念已经成为建筑技术发展的主要指导理念。这是因为当前世界的资源能源正在急速减少，人们正面临着能源枯竭的能源危机。为了能够应对这一危机，缓解能源压力，就必须要降低能源消耗，开发新能源。而建筑作为能源消耗的大户，其若能够实现节能建筑，那么对于缓解能源危机来讲是具有很大价值与意义的。地源热泵空调系统是近年来在节能理念的指导下开发出的一种新的能源技术应用系统。这种空调系统具有高效节能、环保清洁的特点，是未来建筑暖通工程中具有很大前景的空调系统。以下本文就针对地源热泵空调工程中的节能问题进行研究与探讨，以供参考。

1、地源热泵空调工程概述

所谓地源热泵空调工程，就是指以利用地热资源来进行室内空气温度调节的一种新型节能系统，其既可以实现供热，又能够满足制冷需求，且环保节能效果较好，因而在当前的建筑领域具有一定的应用价值。就目前的技术而言，我国的地源热泵空调系统主要可以分为三种形式：其一为土壤地源热泵系统；其二为地下水地源热泵系统；其三为地表水地源热泵系统。这三种形式的地源热泵空调系统都具有各自不同的优点与应用范围，在实际的工程应用中，应当因地制宜，合理选用最佳的地源热泵空调系统。

2、地源热泵空调工程的节能优越性

相较于其他空调系统而言，地源热泵空调系统是具有很大的节能优越性的，这也是其作为新型空调系统的主要特色。一般来讲，地源热泵空调系统的节能优越性可以体现在下述几方面内容上：

2.1可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以成为之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳所散发的到地球上的能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层并类似于一种无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式。

2.2经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵冷、热源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，低能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

2.3运行稳定可靠

正是由于地层温度一年四季相对稳定，其温度的范围远远小于空气的波动，是很好的冷热源；同时由于温度的恒定性，使得系统运行更加可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

2.4环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上。该装置的运行没有任何污染，可以建在居民区内，没有排烟；也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，可以极大地改善其它空调方式的CO2 的排放。

2.5舒适程度高

由于地源热泵系统的供冷、供热更為平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适应供冷、供热负荷的分区。

2.6一机多用，应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的2套装置或系统。

2.7自动运行

地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，可无人值守；此外，机组使用寿命长。

3、地源热泵空调系统在应用中面临的问题

尽管地源热泵空调系统在节能效益方面具有很大的优越性，但在实际的工程应用中却并没有得到广泛的应用，只有很少的一部分建筑暖通工程中使用了地源热泵空调系统。引起这一问题的主要原因是地源热泵空调系统的运行维护方案还不太完善，专业技术人员较为缺乏，维护成本较高等等多方面的，也可以说，地源热泵空调系统的应用主要面临的问题有以下几点：

3.1地源热泵系统对土壤换热器的材质的要求较高，埋设换热器需要较大的场所，系统投资也较其它方式要高，这种系统一般应用于面积比较小的居住类单体建筑，在大型工程中应用相对困难。

3.2对土壤环境的影响。土壤埋管式热泵系统的运行，势必引起土壤环境温度的剧烈变化，在其影响范围内的土壤微生物环境也将出现剧烈变化。土壤换热器的埋置深度的大小，将影响建筑投资的大小，同时也决定系统对植物根系、土壤微生物，建筑物基础的影响程度。地下水源热泵系统、地表水源热泵系统对水系统环境的影响也应进行研究。

3.3地源热泵系统要有丰富和稳定的地下水资源。采用地下水热泵系统之前，应进行详细的水文地质调查，并先打勘测井，以获取地下温度、地下水深度、水质和出水量等数据。如果地下水位较低，不仅成井的费用增加，水泵的运行能耗也将大大增加。但目前国内地下水回灌的速度大大低于抽水的速度，从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失。

3.4地表水源热泵系统受丰水、枯水等自然条件的影响较大。由于地表水温度受气候的影响较大。由于地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系统也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。

4、结语

总之，地源热泵空调系统所具有的强大节能性是毋庸置疑的，其所带来的环境效益与节能效益是非常巨大的，在建筑供热空调中采用地源热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体二氧化碳和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种高效节能、无污染的可再生能源系统，在实际的应用中，我们应当重视其节能的特点，不断提高其安装维护技术，降低工程成本，以促使其更好的应用在节能建筑的发展中。

参考文献

[1]张晓斌.地源热泵在空调系统中的应用[J].经营管理者，2012年04期.

热泵空调控制系统 第11篇

近年来,地源热泵空调因其高效节能的显著特性,受到广泛应用[1]。地源热泵空调系统是一个大滞后、干扰多、时变的非线性系统,传统的PID算法往往依赖于系统精确模型的建立,因此采用传统的控制方法对其进行控制难以实现高效、节能的运行指标。模糊控制不需要建立被控对象的精确的数学模型,设计简单,便于应用,而且模糊控制系统的鲁棒性强,对于非线性、时变及纯滞后系统的控制具有很好的控制效果。本文基于模糊控制的思想,并引入传统的PID算法,综合二者的优势,构成一种复合模糊PID自动控制系统,并应用于地源热泵中央空调系统中,对其温度和流量进行控制,结果表明该方法能够提高空调系统的运行效率,降低运行成本。

1 控制系统模型的建立

地源热泵房间温度作为系统的控制对象,其模型是一个复杂的非线性高阶系统。但实际运行中的地源热泵空调系统的传递函数可用一个一阶传递函数表示[2],即为:

其中,过程增益K表示升高单位温度所需热量。在受到外界扰动时,调节参数和给定值的偏差和增益K成反比。惯性时间常数T其值反映系统在各稳态之间切换的调节快慢程度。t是温度变化滞后时间。由上述公式可以看出对于具有滞后性的温度对象来说存在一定的控制难度:系统稳定性低、调节参数的偏差大、调节时间长,一般控制方法很难得到很好的控制效果。

本试验中,空调房间传递函数为:

表冷器是风机盘管重要组成部分,其传热具有一定的惯性,考虑到表冷器的滞后性,其传递函数可用一阶惯性加纯滞后的典型动态特性来描述。根据相关研究建立适合系统模拟的表冷器的数学模型[3]:

2 复合模糊PID控制器的设计

研究结果表明,传统PID控制在大滞后的系统中,其动态性能变差,易于发生振荡;模糊控制虽有较好的鲁棒性能,但对系统的时延及系统参数的变化不敏感,相对于传统的精确PID控制算法,稳态误差较大。特别是当系统模型参数发生变化时,其控制效果很不理想。

为解决上述问题,把PID控制与模糊控制相结合组成一种新的复合模糊PID控制器,利用控制策略切换两种控制,即通过设定一个阈值,当系统实际误差明显大于阈值时,使用模糊控制,当实际误差小于该阈值时,则使用PID控制。在地源热泵模糊控制系统中,供水温度基本恒定,选取热泵机组回水温度偏差e和温度偏差变化率ec为输入量,电压信号作为输出,用以控制变频器的输出频率,进而控制水泵的流量。通过调节流量,使得热泵机组回水的温度值稳定在设定值,复合模糊PID控制器结构图如图1所示。

在上述控制系统中,当|e|≥|e0|时采用模糊控制,以提高系统的动态响应速度;当|e||e0|时转化为PID控制,以提高系统的稳态控制精度。采用这种复合模糊PID控制,与仅采用模糊控制相比,稳态精度更高;与仅采用传统PID控制相比,动态响应更快,超调量更小。通过调整各项系数,使系统达到最优,即响应速度快、控制精度高。其中,e0为误差的阈值。

2.1 地源热泵模糊控制器的设计

模糊控制能实现对复杂系统的优化控制[4]。本设计中,系统具体的控制如图2所示。

其中:e是温度偏差,ec是温度偏差变化率,模糊量u是输出。

模糊控制器的基本论域为[-DT,DT],量化因子。输入、输出量的模糊论域均取为{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},对上述两个输入变量和三个输出变量分别取七个模糊子集,上述输入、输出变量均取七个模糊子集{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},子集中的各元素分别代表负大,负中,负小,零,正小,正中,正大。输入、输出量的隶属度函数均选用对称三角型函数。

模糊推理算法采用Mamdani推理方法,模糊控制规则选用“IF e AND ec THEN U”的形式,然后根据控制经验以及实际控制结果进行调整和改进,具体的模糊规则见表1。解模糊化方法采用精确度较高的重心法,其数学表达式为[5]:

其中,mc表示输出模糊子集的隶属函数,表示输出模糊子集所有元素的隶属度值在y上的代数积分。

2.2 PID控制器的设计

在地源热泵的制系统中,执行机构为循环泵,其控制量为:

其中,KP、KI和KD分别为比例项、积分项和微分项参数。

PID控制器的参数的选取是PID控制系统设计的核心内容。其中,比例控制能快速响应并有效削弱偏差信号,但有余差存在;积分控制的引入是为了消除系统的稳态误差,消除余差,提高控制的准确性;微分控制能够超前抑制整个控制系统的误差,并反映偏差信号的变化趋势。微分项设置得当,可提高系统的动态性能指标以及稳定性,减小超调量。

3 系统仿真及结果分析

按照上述思想,利用MATLAB/Simulink软件建立地源热泵系统的模型,并对复合模糊控制器进行仿真,测试复合模糊控制的性能。当De>0.2时,选用模糊控制,在De<0.2时,用PID控制。其中PID控制器采用试凑法整定参数,取KP=1.5、KI=0.005、KD=60;模糊控制中,e、ec以及u的基本论域均取[-6,+6],量化因子Ke=n/DT,其中n=6,DT=6,因此e、ec的量化因子均为6/6=1,u的比例因子为1。输入输出量的隶属度函数均采用对称三角型函数,隶属函数如图3所示。

设定仿真时间为6000s,给定输入温度为25℃,在4000s时温度降为20℃,PID控制器、模糊控制器和模糊复合控制器的仿真控制图如图4所示。

为了便于分析,将复合模糊PID控制器与PID控制器、模糊控制器的仿真曲线放在一个坐标系里,仿真曲线如下图所示。根据曲线图,分析比较控制结果。从仿真结果看,PID控制的最大超调约为8,调节时间约为3200S,模糊控制最大超调约为6℃,调节时间约为2300S,复合模糊PID控制最大超调约为4℃,调节时间约为1600S;在温度变化为25℃后,复合模糊PID控制的各项性能指标也都高于PID控制和模糊控制。由上述结果可知,对于地源热泵系统,传统的PID控制稳态性能较好,但稳定性较差;单纯的模糊控制的鲁棒性较强,但存在稳态误差;与上述两种控制方式相比,复合模糊PID控制将两者优点结合起来,系统的动态响应曲线较好,具有较快的响应速度,较高的稳态精度,较小超调量,控制效果得到明显改善。

4 结束语

本文提出将模糊控制和PID控制相结合,形成一种复合模糊PID控制器,该控制器克服了常规PID控制器的动态性能差和模糊控制参数不敏感等缺点,并充分利用了PID控制器的稳态响应精度高,使系统抗干扰能力强、可靠性高、控制效果好。仿真结果表明,该控制器运用于地源热泵温度控制系统中,既解决了系统的大滞后问题又保证了系统响应的稳定性和精确度。

参考文献

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[2]付少波,陈曦,张涛,孙英科.模糊控制器在中央空调系统温度控制中的应用[J].微计算机信息,2005,21(4):36-37.

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[5]John Yen and Reza Langari.Fuzzy Logic IntelligenceControl and Information.London:Prentice Hall,1999:301-357.