冷卻塔復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)控制策略研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、節(jié)能已經(jīng)成為建筑業(yè)每年都要推進(jìn)的強(qiáng)制性工作?？照{(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是建筑節(jié)能中一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。近年來(lái)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)以其突出的環(huán)保和節(jié)能特性，得到了廣泛的應(yīng)用。但在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)夏季排至土壤中的熱量大于冬季從土壤中吸收的熱量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱堆積效應(yīng)，使土壤溫度逐年升高，與地源熱泵系統(tǒng)的換熱溫差也逐漸偏離穩(wěn)定數(shù)。土壤溫度的升高對(duì)機(jī)組的2和制冷效率都有非常大的影響，因此解決熱堆積問(wèn)題對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)的正常運(yùn)行十分關(guān)鍵。
　　冷卻

2、塔復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)即把地源熱泵系統(tǒng)與冷卻塔結(jié)合使用的系統(tǒng)形式，此方法可有效的改善地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行性能，減少地埋管數(shù)量減少占地面積，平衡地埋管選題全年的放熱量和吸熱量，解決土壤的熱積聚問(wèn)題，使地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)越性能得到充分的發(fā)揮。
　　由于冷卻塔復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)組成復(fù)雜，人工控制操作誤差較大，不能充分發(fā)揮冷卻塔復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能高效的優(yōu)勢(shì)。為了解決目前冷卻塔復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行控制方面存在的問(wèn)題，本文提出了一種新的冷卻

3、塔和地埋管系統(tǒng)復(fù)合運(yùn)行的控制策略，并開(kāi)發(fā)了一套能夠有效實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制軟件。
　　首先對(duì)冷卻塔復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)控制策略進(jìn)行分析比較。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)冷卻塔復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了大理的模擬研究，得出了三種常用控制策略:冷卻塔開(kāi)啟時(shí)間控制、熱泵熱源側(cè)進(jìn)（出）口流體最高溫度控制、地埋管換熱器進(jìn)（出）水溫度與室外空氣濕球溫度的溫差控制。在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，為了充分利用有利的室外空氣條件，本文提出了如下控制策略:在制冷季初期和末期冷卻

4、塔單獨(dú)運(yùn)行，在制冷季中期采用地埋管換熱器進(jìn)（出）水溫度與室外空氣濕球溫度的溫差控制方式進(jìn)行冷卻塔和地埋管系統(tǒng)的復(fù)合運(yùn)行。
　　其次對(duì)冷卻塔的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。根據(jù)Merkel首先建立的冷卻塔的熱焓平衡方程式，類比于顯熱換熱器的效能-傳熱單元數(shù)法計(jì)算公式，利用迭代計(jì)算得到的冷卻塔出水溫度。但結(jié)果精度不能滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，因此選用直接影響冷卻塔出水溫度的室外空氣濕球溫度作為控制參數(shù)。
　　然后在理論研究基礎(chǔ)上，本課題組搭建

5、了一個(gè)冷卻塔復(fù)合式地源熱泵實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。并根據(jù)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)昀具體情況，設(shè)計(jì)了一套以傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)為現(xiàn)場(chǎng)元件層、PLC控制器和單回路控制器為控制層、LabVIEW上位機(jī)軟件為管理層的三層網(wǎng)絡(luò)控制方案，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)硬件和各控制層之間的數(shù)據(jù)交換進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、調(diào)試。
　　再次，根據(jù)所確定的控制策略和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了一套可視化程度高、使用方便的冷卻塔復(fù)合式地源熱泵自動(dòng)控制軟件。該軟件能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)

6、控;能對(duì)空調(diào)系統(tǒng)溫度超限、系統(tǒng)故障進(jìn)行報(bào)警提示;并能將系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、儲(chǔ)存及打印。
　　最后，對(duì)冷卻塔復(fù)合式地源熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件配合和軟件控制進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和分析，得出該控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、顯示、等都運(yùn)行正常。該系統(tǒng)能根據(jù)地埋管出水溫度和室外濕球溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻塔和地埋管系統(tǒng)的運(yùn)行方式，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行參數(shù)，可以是冷卻塔和地埋管系統(tǒng)有機(jī)的配合運(yùn)行，有效降低冷卻水溫度，達(dá)到提升機(jī)組性能、緩解地下土壤熱不