智能化控制在地源热泵中央空调系统中的应用

(山西省招标有限公司，山西太原 030001)

在节能环保，要求PM2.5环境指数的今天，对于北方地区来说，冬季采暖的热源是一个重要的污染源。地源热泵中央空调系统是一个解决北方地区冬季采暖重要的环保技术，智能化控制又是在此基础上保证系统良好运行，节能的一种重要措施。针对太原武宿国际机场办公综合楼地源热泵中央空调系统智能化控制的具体工程实例，本文详细介绍了智能化控制在实际工程中的应用。

1 工程概况

太原武宿国际机场办公综合楼是太原武宿国际机场改扩建项目中的一个重要项目，为迎接第六届中国中部博览会的山西省重点工程之一。工程位于太原市机场大道西侧，总建筑面积1.3万m2，地下1层，地上4层。内部功能设计全面，1，2层为东航、海航办公区，3，4层为飞行员、乘务员等的宿舍区，裙楼1层为24 h多功能餐厅、2层为多功能会议厅。根据设计要求，中央空调系统为整个楼层提供冬季采暖、夏季制冷，同时为整个楼层提供24 h卫生热水。整个中央空调系统采用智能化控制，空调主机房力争实现无人化管理。太原武宿国际机场办公综合楼地源热泵中央空调系统是山西首例使用地源热泵技术进行空调系统的工程，也是一个标志性工程，为政府推广节能减排的形象工程。

2 空调设计的选型及智能化控制系统要求

整个空调系统机房设计选型为4台地源热泵空调机组，其中3台为空调系统使用，1台提供卫生热水。5台冷冻水泵，5台地源侧循环泵，水泵均为4用1备。卫生热水储水箱两个。

智能化控制系统要求:1)地埋管系统。在地埋管中选择不同地点的8个孔埋入感温探头，埋管深度为±0.000下100 m，每隔25 m装一个感温探头，全年24 h测地下土壤温度。2)空调系统。4台地源热泵空调机组循环使用，使其中1台供卫生热水，其余3台根据末端系统冷量/热量需要自动提供空调用水，每24 h自动循环一次。水泵根据空调机组启停情况，自动启停水泵，延时30 s，每24 h自动循环一次。3)卫生热水系统。卫生热水水位低于水箱设定高度时，空调制热水自动加入;水位到达水箱设定高度时，停止加水。4)末端系统。末端系统中加入自动调节阀，根据水流量大小自动调节，做到节能控制。

3 智能化控制系统(WebAccess软件系统)的应用

1)地埋管系统。地埋管系统方面主要面临的问题是感温探头及信号线在高压状态下土壤内探头防水的处理、感温探头在±0.000下100 m的位置，在表土层上各种负载作用下的准确性和持久性，以及超过1000 m信号的传输准确无干扰。经过我们多次的试验，最后发现在感温探头外信号线包裹HOPE防渗膜，同时膜内灌注高密度聚乙烯材料，防止施工HOPE防渗膜接口处的渗水。在施工中4个感温探头全部一次性同地埋管放入地下，必须一次成功。在下管时必须寻找好孔壁较光滑的孔放入，这样可以保证屏蔽信号线及保护层不被损坏，保证使用效果。

2)空调机房系统的控制。空调机房系统，综合考虑空调主机整体效率，根据系统负荷和空调机组的COP值(能效比)，自动调整空调机组的运行负荷和运行台数，使空调机组尽可能在其效率最高的工况下运行。4台空调主机必须保证有1台主机用于卫生热水加热使用。冷冻水系统采用一次泵变流量，把原固定转速的一次泵改为变频调速水泵，利用冷冻机蒸发器在低水流量能力上的改进和新的测试技术，使冷冻水量可以按负荷的需要自动调节。同时冷冻水泵必须保证其中一台泵24 h待供卫生热水系统使用。水源侧水泵与冷冻水泵基本相同，均服务用于地埋管侧供回水使用。同时计算机软件使用服务器(SQL Server)作为数据记录的数据库，具体使用方法(open-database连接)连接到服务器(SQL Server)，这个数据库将取代默认访问记录过程数据的(Access)数据库，所以可以把管理系统(BMS层面)在项目管理和相关设备的运行参数的监测员后台数据库，以在监测员IPMS中(数据管理，查询统计，会计)提供基础数据。

3)卫生热水及空调末端系统的控制。a.卫生热水。水箱加水系统。在卫生热水水箱内放入水位传感器及温度传感器，同时在水箱注水管处安装电动延时调节阀，信号接入智能化控制软件系统。等计算机接到水箱水位信号后，根据设定要求对电动调节阀发出开启或关闭信号，满足水箱用水需要。即水箱水位下降到一定设定水位最低限时，说明卫生热水已短缺，不能满足整个楼层用水需要，需要加水，此时电动调节阀根据控制系统命令自动开启。等水位上升到水位高限时，水位传感器将信号传给控制系统，系统接收到水位已满信息处理后给电动调节阀关闭命令，停止加水。完成一次加水程序。卫生热水加热系统。在水箱内安装温度传感器，24 h对水箱水温进行监测。整个系统进入智能化控制系统。同时在软件控制系统中设定水温的最高限和最低限，等水箱内水温低于设定最低温度时，说明水温过低，不满足卫生热水使用要求。此时控制系统自动处理认为卫生热水需要加热，同时将此信号处理后发给空调主机和冷冻水泵启动命令，使冷冻水泵和空调主机启动，期间延时30 s。卫生热水水温上升达到设定高限时，控制系统自动发出停机命令，使冷冻水泵与空调机组顺次停机。完成一次加热程序。b.空调末端系统。在每一台空调末端设备供水管路上安装电动两通阀，电动两通阀与末端设备的开关连接。末端设备开启时电动两通阀自动开启，关闭时则自动关闭。电动两通阀关闭后冷冻水用水量减少，系统阻力减小，整个系统负荷自动降低，起到明显节能效果。但是在施工过程中为了防止整个楼层末端系统全部关闭后，空调系统回水无法正常到达空调机组，使空调机组缺水保护停机，必须在空调机房冷冻水主供回水管集分水器的上面将供回水管路连接，同时在管路上安装压差旁通阀，防止冷冻水短路。这个系统不直接进入整个空调控制系统，仅仅是起到节能效果，对空调机组负荷进行调节，对空调机组COP值影响。空调主机根据冷负荷和系统控制情况进行自动调节(见图1)。

图1 空调末端系统示意图

4 结语

通过以上对水源热泵中央空调系统的分析，利用网络访问的智能控制系统集成(WebAccess系统)，不仅在管理层面实现了中央空调系统各设备的运行状态实时监测，而且还利用自身提供一个完整的数据库接口的能力(ODBC技术)管理水平，收集设备运行时间，能量消耗和物业管理是密切相关的数据通过接口传输到后台数据库系统的监测员第三人，完成了中央空调系统的统一管理，最后作出了各种不同的系统，成为一个有效的高性能，有效的智能管理系统，从而摆脱繁琐的人工劳动，提高整体建筑中央空调管理水平，最终使投资者获得尽可能大的投资回报，并提供一个舒适、安全、便利的工作环境。整个中央空调系统实现智能化控制，机房系统基本实现无人化管理，同时使整个系统运行费用明显下降20%，机组故障率降低，整个系统运行更为科学合理，机组使用寿命延长，满足用户要求，达到环保节能效果，成为标志性样板工程。

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