空气源热泵智能供暖系统的应用

陈连亭

摘要：“空气源热泵智能供暖系统”是采用双热源复合型供暖系统。采用空气源热泵和固体直热锅炉作为热源。采用双热源冗余系统的设计结构，保证供热系统安全稳定可靠的运行，即使其中的一个热源出现故障，另一个热源也能正常工作，保证供暖正常。系统以PLC作为控制器采用台达品牌PLC。HMI设备作为现场监控设备。采集运行数据，设置参数。通过GPRS通信技术，将现场的数据远程传递到云数据平台，云平台具有数据采集，数据存储，数据分析，故障的远程诊断，远程控制的功能。对供暖系统运行状态进行实时的监视控制。系统高效稳定。

关键词：空气源热泵；GPRS通信技术；云平台；故障远程诊断

1、“空气源热泵智能供暖系统”简介及工作流程

1.1空气源热泵智能供暖系统”简介

“空气源热泵智能供暖系统”采用Modbus RTU通信协议采集现场主要设备的运行参数。例如，故障报警数据。电表设备的电能累积值，系统电压、电流数值，供暖系统供回水温度等数据。本系统通过PLC控制器完成对外部电气设备，智能化仪表进行数字化控制，变频器进行PID调节。通过GPRS技术将数据上传至云平台。使室内温度值满足热能用户的要求。

1.2工作流程

循环泵先启动运行，使供暖的水系统循环起来，1分钟后如果系统需要补水，补水泵开启。再过3分钟左右，如果室外环境温度是大于-15℃的。PLC控制系统向热泵发出开机信号。但是热泵自身控制系统需要完成系统检测，需过若干分钟，热泵真正开机。热泵设备的压缩机全部启动后，根据系统回水的目标温度，控制系统决定是否开启固体直热锅炉作为备用热源投入使用。

2、空气源热泵简介及在“空气源热泵智能供暖系统” 中的调剂方式

2.1空气源热泵简介

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。在机组制热运行时，压缩机吸入气液分离器中的低压气态制冷剂，经压缩机压缩后变为高压气体，经四通阀至水侧换热器，在水侧换热器中高压气体放热被冷凝为高压液体，而换热管外的水被加热，达到使用要求，高压液体通过干燥过滤器后，去除水分和杂质，流至膨胀阀，高压液体经膨胀阀节流后，变为低压的液态制冷剂，经过过滤器过滤杂质后进入风侧换热器中，在此，制冷剂液体在换热器管内由风扇使空气循环，提供热源，低压液体在风侧换热器中蒸发后，经四通阀进入气液分离器中，经气液分离器至压缩机吸气口，保证回压缩机的制冷剂全部为气体，至此，完成一个制热循环。

2.2调节方式

（1）热泵整个使用过程中空开不能断电，气温>-15℃时且系统回水温度小于“系统设定回水温度-热泵启动偏差温度2℃”开机；<-15℃时关机。

（2）控制热泵开关机方式为，每台热泵设备都配有MODBUS通信模块，MODBUS通信单独控制，每台设备都作为主机。 热泵的数量根据现场实际情况可调。

2.3状态判断

读热泵每台压机起停及故障（低压/高压/缺水）状态并远传记录，故障持续5分钟可确认此台无法起动。无故障压缩机全部启动后再延时判断温度是否达标。

3、固体直热锅炉在“空气源热泵智能供暖系统” 中的工作流程

3.1起动条件

气温<-15℃/热泵出现停机故障/压缩机全起延迟后温度仍不达标

3.2调节方式

（1）气温<-15℃时，必须开两个模块间隔5min起动，（间隔5min启动直热1，启动后，间隔5min，再启动直热2）；超过 根据HMI工作日/节假日当前时段设置回水温度，经过滤波处理， 并持续30S时停止直热2，再持续30S停直热1

（2）气温>-15℃时，热泵压缩机全启动才能运行开启一个直热，或部分热泵机组有故障持续10钟。才能开启直热；若热泵开启，并且实际监测到的回水温度低于 根据HMI工作日/节假日当前时段设置回水温度-热泵启动偏差温度2℃ 并持续5min时起动100kW直热1，5min后无效果关闭100kW直热1再起动250kW直热2，超过 根据HMI工作日/节假日当前时段设置回水温度 并持续30S时停止直热2

（3）上面的两个调节方式中，涉及到数字的参数，可根据每个现场的不同情况设置参数。可在现场通过HMI设备设置，或者云平台设置。

4、循环泵在“空气源热泵智能供暖系统” 中的工作流程

4.1调节方式

供回水温差大升频，小降频（下限考虑热泵/直热最低流量，供回水压力最低要求，末端循环流畅情况）。采用PID调节控制变频器的输出频率，以达到控制精准和节能的目的。

4.2切换条件

当PLC发出起动指令但3S（数据可调）后未接受到接触器的运行反馈/或有反馈但或供水压力低于超低设置值时自动起动停止主泵起动备用泵起动顺序：先开循环泵再开热泵/固体直热，先停热泵/固体直热，再根据需要停循环泵（可加延迟时间），循环泵停则要停热泵；

5、补水泵简介及在“空气源热泵智能供暖系统” 中的工作流程

5.1起停调件

循環泵开启后，供水压力低于低设定值并持续3S（数据可调）开补水泵，高于高设定值停止，水箱液位低于设置值1S（数据可调）不允许开泵，低于报警值报警不停泵；

5.2切换条件

当PLC发出起动指令但3S（数据可调）后未接受到运行反馈时自动起动停止主泵，起动备用泵；

6、结束语

以前发电主要是靠煤、油、气，现在国家倡导清洁用电，随着社会发展和国家对环保清洁能源的重视，空气源热泵，电供暖一定会得到长足的发展，未来前景十分光明。

参考文献：

[1]《台达PLC编程技术及应用案例》陈浩编著. 化学工业出版社. 2014。

[2]《Modbus软件开发实战指南》杨更更著. 清华大学出版社. 2017。

[3]《电气控制与PLC应用技术》范国伟编. 人民邮电出版社. 2013。