地源热泵技术监控系统的综述

随着我国城镇化进程的加快，城市中的大型公共建筑也日益增多。目前建筑能耗约占社会总能耗的三分之一，而在这其中，空调系统能耗又通常是整个建筑能耗中占比最大的。因此，为了缓解现阶段能源短缺的矛盾，对建筑内空调系统的能耗进行监测、分析、管理，以求达到空调系统的高效运行尤为重要。

1.地源热泵系统综述

(1)地源热泵系统技术概念

地源热泵技术是一种利用地下浅层的低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，既可供热又可制冷的高效、环保、节能的技术。

(2)地源热泵系统分类

地源热泵系统主要分三部分：室外地能换热系统、热泵机组和室内采暖空调末端系统。

(3)地源热泵系统特点

1)可再生能源利用技术

地源热泵系统是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、土壤、河流、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，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的相对均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。因此，地源热泵空调技术是一种清洁的可再生能源技术。

2)高效节能

地源热泵空调系统根据用户需要在不同的季节提供不同温度的水介质。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下,对建筑进行降温;冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位，对建筑进行供暖。
系统可利用的水体温度冬季为12-15℃，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18-25℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高，地源热泵和地下水源热泵相对更为稳定，不管冬季还是夏季，可利用水体温度基本在14℃左右。

3)运行稳定可靠、易维护

地下水体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，是很好的热泵热源和空调冷源。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。系统可实现供热、供冷不同功能要求，并能满足提供生活热水的功能要求，使用灵活；系统简单，易于管理，维护费用低；控制简单，运行可靠性好，使用寿命长。

4)环境效益显著

地源热泵系统有以下显著特点：

· 充分利用地下能源，高效节能

· 运行费用相对较低

· 地下能源为可再生能源

· 消耗的电能是清洁能源，且相对于其他能源系统节约电能

· 无热污染、噪音污染、视觉污染

· 无有害气体排放

综上所述，地源热泵系统具有很高的环境价值。

5)自动运行

地源热泵机组由于工况稳定，所以通过合适的控制策略实现供热制冷模式的合理切换，并保证系统安全可靠运行，且运行维护费用低。

2.地源热泵系统现场设备组成

(1)热泵机组

根据建筑物冷负荷、热负荷，热泵机组配备选用不同功率的热泵机组，满足用户需求。

(2)循环泵

1)末端循环泵

根据热泵主机水量选择相匹配的末端循环泵，根据末端空调设备和主机的压降损失及末端空调管网的水头损失计算泵的扬程

2)地热交换器循环

根据热泵机组地埋需水量确定水泵流量，考虑所有地埋管路及热泵机组和泵本身阻力造成的水头损失计算水泵扬程。

(3)水处理设备

采用电子水处理仪全程为整个地源热泵系统提供水质保证，处理水量与系统管路水流量匹配。

(4)补水系统

软化水和定压补水系统为系统稳定压力和自动补水。系统采用软化水补水，根据不同建筑物高度实现定压补水。

3.地源热泵监控系统组成

计算机监控系统将实时、全面地监控各地源热泵运行情况，根据外网热负荷的预测和变化，调节热源按需供热，以满足全网能量均衡和节能的目的。它是热力管网安全可靠、优化运行和节约能源的保证。监控系统由三部分组成:

(1)监控中心

该部分是集中能耗系统计算机监控系统的核心。通过中央监控层对全网的运行实施统一的监控。接收各站点的故障报警，达到安全、节能、环保型能耗的要求，并保证供热/制冷质量。监控中心包括监控主机、数据库服务器、监控工作站、系统管理组态软件、打印机、显示器、网络交换机、路由器等。

(2)远程终端站

远程终端站可按初始设定值或监控中心指令，完成各类参数的采集、存储、传送，可对站内相应控制装置进行调控，如：循环泵、补水泵、电动调节阀等，确保其运行在设定范围内。运维人员可通过人机界面，对站内参数进行监视、控制及操作。

远程终端站由现场可编程控制器、人机界面、通讯模块等设备构成，主要实现各种信号、数据的采集和控制。在正常情况下，远程终端站独立控制本地源热泵自动运行。在联网情况下，远程终端站可以接受地源热泵监控中心的指令运行。远程终端站通过GPRS无线网络进行通信，将监视信号传至监控中心。

(3)通信网络

该通讯网络的实施，可将现场的运行数据、报警信号实时的传送到监控中心，监控中心下达控制指令指导地源热泵的运行，从而实现监控各地源热泵的工作状况，达到按需运行的目的。

(4)数据采集

数据采集部分由温度传感器、压力传感器、热量表和专用控制器、数据接口转换器等设备组成，实现对现场一次/二次管网运行数据的采集，包括供回水温度、供回水压力、瞬时流量、瞬时热量、累计流量、累计热量等状态数据。同时，监控系统采集的设备数据包括：变频器运行状态、频率、故障状态数据；循环水泵及补水泵的工作状态、故障；补水压力、水箱液位监测、阀门开度监测数据等。现场专用控制器将采集的实时状态数据通过GPRS DTU上传给监控中心。

(5)设备调控

当设定在自控状态时，专用控制器根据自动控制程序或监控中心的遥控指令，控制水泵电机的启停、水泵的运行频率及阀门开度，使供热/制冷温度保证在设定值范围内。
当供回水温度、压力、流量、热量参数出现异常，设备状态出现异常或发生故障时，专用控制器根据预置的程序发出声光报警讯号，同时，通过GPRS DTU上传给监控中心，提示值班人员及时处理。

4.地源热泵系统运行、管理和维护

(1)系统的启动、停止控制

1)系统的启动：启动地热交换器循环泵—启动末端循环泵—启动热泵机组—启动末端空调设备。

2)系统的关闭：关闭末端空调设备—关闭热泵机组—关闭末端循环泵—关闭地热交换器循环泵。

(2)系统的运行维护

系统在冬季或夏季运行时将通过多个阀门的开启和关闭调节系统到用户的供回水温度。每个运行季节前对热泵机组进行一次详细的检查、保养与维护，并记录备案。每个运行季节前将切换阀门开启与闭合情况进行切换，并进行试运行。平时运行过程中注意记录热泵机组及整个空调系统的运行情况，备案保存。

结论

地源热泵系统是国内比较先进并且节能的制冷、供热系统，能够为用户提供最佳的居住环境，真正体现了绿色、节能、舒适生活方式。