浅谈地源热泵空调系统智能化控制技术

张浩，罗登云，邓裔麒瑞

（1.贵州省地质环境监测院；2.贵州浅层地温能开发有限公司；3.贵州浅层地温能开发有限公司，贵州 贵阳 550081）

中央空调能耗大，其原因在哪里？目前中央空调系统的核心（压缩机）的能效利用率已有很大的提高，空调机组的COP 值可达到4．5 以上。但是，中央空调系统的整体能效利用率仍然很低，据统计，目前大多数中央空调系统整体能源利用率只有60%～70%，本文通过对某项目地源热泵空调系统智能化控制的建设，从而对建立系统智能化控制的重要性进行探讨。

1 当前地源热泵空调系统存在的问题

（1）设计时一般按照最大负荷需求进行设备配置，但由于季节和末端负荷变化的差异导致机组大部分时间运行在低负荷区。（2）地源热泵系统是利用地下土壤的恒温特性进行换热，但由于地源井较多，地源侧过度放冷/热均会影响机组效能，增加运行能耗。（3）机房监测系统，能够实时监测机房设备运行状态 ，但不能够根据气候变化和末端负荷变化实现动态调节，在部分负荷时能效比较低，不利于节能。（4）循环水泵基本为定频运行，未安装ABB 变频器，水泵不能根据负荷变化自动调整循环水流量，存在大流量小温差运行现象，影响系统COP。（5）末端建筑统一采用风盘供冷/供热，均为本地控制，体感温度低。很难避免人的不节能行为导致的系统耗能增加。（6）末端建筑多，每栋楼对冷热负荷的需求也不一样，目前采用统一的供冷/供热模式。缺少室内的温湿度监测，系统无法根据室内效果实时调节机组制冷/制热输出，影响供冷/供热效果。（7）分集水器分支管道管道阀门均为手动阀，不利于分时分区控制。（8）空调系统缺乏一套整体的能源优化智控系统，实现空调设备的整体协调运行，提高系统运行效能；

2 解决思路

（1）从中央空调系统的设计思路来看，一般中央空调系统在设计选型时，通常是按照当地历史上气温最高的天气来设计，且预留有15%～20%的余量，在正常使用时，中央空调系统没有完全运行在满负荷状态。因此应在设计时采用软件进行精细化设计，避免设计冷热负荷远超实际运行需求的现象。

（2）在中央空调水系统中，水泵的容量，也是按照建筑物最大设计负荷选定的，实际的运行情况是都长期处于固定的最大水流量下工作，但建筑的冷热负荷需求随季节和天气随时动态变化，中央空调的平均实际负荷在绝大部分时间内远比设计负荷低。因此，循环水泵首先能够根据气温条件进行开启数量确定，两台同时运转时，应保证其中一台能够根据温差或者压差进行变频。

（3）一般空调系统的设计供回水温差为5℃，水系统流量固定的情况下，全年绝大部分时间，水系统温差仅为1．0 ～3．0℃，即整个系统始终处于大流量、小温差的工作状态下，增加了管路系统的能耗，降低了整套系统的转换效率。根据统计分析，一般中央空调水系统的耗电量约占整个中央空调系统耗电量的20% ～30%，故根据热负载的变化，自动调整水系统的流量，更具有现实和重要的意义。

（4）基于大数据、AI 人工智能技术建设一套中央空调的智能控制中心。

3 智控系统设计方案

（1）建立设备能效智控管理中心，对系统进行有效的管理，基本实现系统的数字化运行。

（2）连接已有控制系统，实现数据交互并建立系统的历史和实时数据库，读取系统数据进行分析和存储；

（3）对每台机组分别配置RIC 控制器，实现各台机组单独控制及与能效智控中心的网络连接。

（4）增加室外环境监测传感器，实时监测气候变化并进行分析。

（5）添加机组群控策略，保证在满足制冷量需求的情况下经济运行。

（6）将现有的循环泵变频接入能效管理系统，根据冷冻水/冷却水温度、压力自动调整流量，提高输送效率。

（7）增加部分建筑的分时分区控制，根据建筑需求独立调节供冷/供热量，并设置单独热量表进行数据量化，提升能源利用率。

（8）增加末端区域温湿度传感器，实时监测室内舒适度变化并进行分析，根据末端变化动态调节供冷/供热量，达到精细化控制目的。

（9）将机房现有的供回水温度、压力、地源井温度监控接入能效智控系统，根据供回水温度和地源井监测温度分析供冷/供热量，提升利用效率。

4 建设效果

（1）建设改造完成后，通过增加中央空调智控管理系统将实现空调系统设备的集中优化管理，能够根据室外环境变化和室内负荷变化自动调节供冷/热量，在满足末端舒适度前提下实现设备的高效运行，提升能源利用率，达到节能减排效果。

（2）中央空调智控管理系统设置有节能直通切换功能，当系统出现故障或者检修本系统时可通过切换开关将设备转为原系统控制，不会影响原系统设备的正常运转。

（3）与项目匹配的空调运行策略、管理功能、控制要求等，可规范空调系统的操作流程，杜绝人为因素所造成的管理失误，系统运行更加安全、稳定。

（4）与项目匹配的管理功能可实时、准确提供客户所需的空调系统运行数据、报表等，为科学决策提供依据。

（5） 改造完成后， 可实现运营能耗下降10%～30%，大大降低用户运营成本，提升竞争力。

（6）机房自动化程度大大提升，大部分的手动操作完成的工作都由系统自动完成，大大降低了人工成本，并提高了整个系统的安全性、可靠性。

5 结语

随着国内建筑的高速发展，节能的重点已从工业逐渐转向建筑方面发展。由于暖通空调系统的节能占建筑节能的主要部分，因此暖通空调系统的节能成为关系国计民生和国家可持续发展的重要行业。将先进的管理经验、管理模式与智能控制技术相结合，实现智能运行、高效节能，高效管理，降低管理人员的工作强度，提高管理效率的目的。