水（地）源热泵中央空调（分散式）全自动化控制和保护措施的设计与实现

王晨 （天津刚诺制冷科技发展有限公司 天津300161）

水（地）源热泵中央空调（分散式）全自动化控制和保护措施的设计与实现

王晨 （天津刚诺制冷科技发展有限公司 天津300161）

水（地）源热泵中央空调尤其是地源热泵中央空调（分散式）是现代较为理想的采暖（冷）空调形式，在节约自然能源的同时全自动化控制，节省了人力资源和电能，且在多次实践中总结出较为简单、易行、可靠的方案。

节能 自动 保护

1 水（地）源热泵中央空调（分散式）简介

水（地）源热泵中央空调（分散式）融合了传统中央空调与家用空调两种形式的优点，将系统的集中性与分散性有机结合起来，既具有传统中央空调水冷的高能效比（COP），又具有家用空调的使用灵活、方便等优点，简单可归结为以下几点：①冬季采暖只利用地热不破坏地下水资源，夏季亦然；②不需主机房，节约了宝贵的使用面积；③不需要冷冻水系统，节约了管路的保温材料，因此提高了楼道间的吊顶高度；④每个使用面积（房间等）为一单独机组，可单独运行，个别机组故障时不会影响整个系统，也便于维修，各个使用单元（房间等）也可单独计量，便于物业管理；⑤在过渡季节时，不同的使用面积（房间等）可根据需要实现制冷或采暖（如餐厅和健身房制冷，而客房等采暖）；⑥运行费用低，节能效果明显。

分散式机组的社会需求量逐年增加，多数生产传统大机组的厂家现已同时生产分散式水（地）源热泵中央空调机组。

2 水（地）源热泵中央空调（分散式）电气自动化的设计与实现（见图1）

分散式机组像家用空调一样方便是显而易见的，但与其配套的辅助设备如冷却塔（地源热泵用地下埋管冷却）、水泵等，如也像传统中央空调大机组运行时那样需人工操作，其优势便降低了，因此在电路控制设计中考虑做到理想的全自动化。这一设计必须做到的是，当分散式机组中任何一台机组被使用时（启动时），水泵和冷却塔需同时自动运行；当运行中的若干台机组全部停止运行时，水泵和冷却塔同时自动停机，达到无人操作自动运行的效果。

图1 水（地）源热泵中央空调（分散式）自动控制电气模块原理图

设计中从每台分机压缩机继电器上取一对常开点，每台分机的常开点并联，再按使用区域（如一层楼为一区域）将并联点引至总控制柜（箱），这样各个使用区域（各层楼）都有一对端子引线连至总控制柜（箱）内，最终将若干对端子引线再连为一对端子（将各个使用区域端子引线都连至总控制柜内是为维修检查时方便），这对端子用于水泵、冷却塔的启动与停止。这样当整个空调系统中任一台机组启动时（也就是说建筑内任一房间使用其空调设备时），水泵和冷却塔等设备随之启动，当系统运行中的所有机组停止使用时，水泵、冷却塔等设备随之停止运行。

3 水（地）源热泵中央空调系统保护措施的设计与实现

3.1 水位保护

水（地）源热泵中央空调（分散式）机组在运行中最重要的条件是水管路中不能缺水。机组的冷凝器铜管为双层，一层内通过冷媒，一层通过水，由水来带走冷媒的热（冷）量。当管路中缺水时，冷凝器过热的冷媒会形成高压使压缩机烧毁（虽然机组有高、低压保护和过流保护，但整个系统中仍需有可靠的缺水保护措施）。当水系统管路中管路破漏或补水不及时时，应断开空调系统中空调机组的电源，确保机组压缩机不被损害。

设计中在水系统的最高端，如冷却塔水池内（地源热泵机组在补水箱内）装一个水位开关，连至总控制柜（箱）内，当系统缺水时，水位开关断开，使总控制箱内继电器动作，断开各机组的电源。

3.2 水流保护

当水系统管路中并不缺水，但水泵故障或管路堵塞，管路中的水停止流动时，依然会对运行中的机组压缩机造成损坏。设计中在管路中（水泵的出、入水口处）装一个水流开关，当水管中水不流动时水流开关断开，使总控制柜（箱）内继电器动作，断开各空调机组的电源。

由于在空调机组启动前水泵是停止的，水流开关是断开状态的，而水流开关断开时总控制柜（箱）是将空调机组电源断开的，为能在初始阶段启动空调机组，总控制箱内加装一个时间继电器，时间继电器一般定时10 s左右，这样空调机组在启动后或在运行中，如水系统故障水流开关断开时，总控制箱将在10 s内切断空调机组的电源。

3.3 防冻保护

在地源热泵机组冬季运行时，可能因过节或放寒假等，整个空调系统在若干时间内不使用处于停机状态，这时水系统管路中的水由于静止而不能得到地埋管中的热能，从而在环境温度影响下结冰，将管路冻裂，造成严重后果。

在设计中，从整个建筑中选出一点或几点最易降温处（如建筑的最高层的西北角处），在水系统管路上装一个温度控制器，将控制温度调至0℃以上，当管路温度低于所调温度时，温度控制器常开点闭合，闭合点启动总控制柜（箱）所控制的水泵，当水泵运转几分钟后，管路中的温度便会等同于地下埋管的温度，此时水泵在温控制器控制下自动停机。一次防冻过程仅几分钟，比起传统中央空调来节能的效果是很明显的，设计中通常将温控器常开点与空调机组启动水泵的端子并联，使线路简化了许多。■

2010-11-09