自动控制在地源热泵空调系统的应用

2011-04-14刘文秀尚绪峰

山西建筑 2011年8期

刘文秀尚绪峰

1 工程概况

本工程为天津港欧亚国际集装箱码头地源热泵空调系统工程,采用地源热泵中央空调系统为该工程的综合业务用房、维修车间及候工楼、检验用房、辅助综合用房、工具材料库、污水处理间提供冷热源,夏季制冷、冬季供暖。该工程总建筑面积约为13 818m2,其中空调面积约为 12 617.6m2。

根据建筑物的布局及功能,地源热泵空调系统共分为三个系统,其中综合业务用房空调系统(简称A)安装两台顿汉布什WCFXHP-15SRG(R 134a)全封闭地源热泵机组,总装机制冷2× 311 kW(夏季末端12℃/7℃、地源侧 25℃/30℃),装机制热量 2× 274 kW(冬季末端 40℃/45℃、地源侧 5℃/3℃);机修车间及候工楼空调系统(简称B)安装一台WCFHXP-27SRG(R 134a)全封闭地源热泵机组,装机制冷量611 kW(夏季末端 12℃/7℃、地源侧25℃/30℃),装机制热量538 kW(冬季末端40℃/45℃、地源侧 5℃/3℃);工具材料库及污水处理间空调系统安装 10台整体式水源热泵机组。

A,B地源热泵空调系统采用西门子专业的暖通空调控制器SYNCO 700系列进行控制。中央控制器能够对地源热泵系统进行状态、故障、启停控制的监控,控制热泵机组的启动、停止,实现时间设定机组启停功能;监控空调系统运行状态,采集水温、压力、流量等数据,并可记录在控制器内,并能保存一年运行记录。这样,通过中央控制器对空调系统进行集中控制,实现无人值守。

2 地源热泵系统自动控制

1)在总供、回水管路上装有水温传感器,总回水管路上装有电磁流量计,时实监测当前的水温和水流量并传输至控制器,控制器通过供、回水温差和流量算出其当前实际负荷与设定负荷进行比较,来逐步对冷机进行台选。2)设定负荷为冷机总负荷的70%。3)对于单台的冷机就不再进行运算控制,由冷机自身的控制程序进行分段控制,此系统只是监测时实的供、回水温度和水流量,并可根据时间程序或手动选项来控制此冷机的启停状态。4)冷机冷冻水、冷却水进口设有电动蝶阀,蝶阀开关与水泵联动。5)控制冷冻系统和冷却系统的启停顺序,监测冷冻泵、冷却泵、冷机的故障状态,实现互为备用、故障互投和报警功能。6)根据空调末端供回水温度传感器及流量传感器,实时测量、记录温度、流量数据,并将采集的数据提供给控制电脑(见图 1)。7)供、回水管路上装有水压差传感器监测当前水压差,然后将信号传输至控制器,控制器经过 PID运算控制安装在分、集水器旁路上的压差调节阀的开度,维持供、回水压差恒定于设定值(见图 2)。8)所有 I/O设备点均在终端进行集中监控,终端监控软件具有图形界面、实时记录等功能。

3 系统运行效果

地源热泵空调系统均于 2008年 12月 8日投入试运行,向建筑物供暖,并于 2009年 4月 3日停止运行。供暖期共运行117 d,每天运行 24h。经过供暖期的试运行,证明各空调系统的各个环节及设备运行全部正常。室内温度均达到设计要求。

3.1 2008年～2009年度运行实际耗电量

1)冬季设备耗电量记载。A空调系统实耗电能:212 560 kW◦h; B空调系统实耗电能:152 750 kW◦h。实耗电能数为空调系统自2008年 12月 8日～2009年 4月 3日累计数,其中包括各系统的循环水泵、补水水泵的电耗。2)夏季设备耗电量记载。A空调系统实耗电能:137 120 kW◦h;B空调系统实耗电能:87 520 kW◦h。实耗电能数为空调系统自 2009年5月 26日～2009年9月 7日累计数,其中包括各系统的循环水泵、补水水泵的电耗。

3.2 能耗分析

1)冬季能耗分析。

冬季空调总计运行116 d。A空调系统:根据冬季运行的实测电耗为:212 560 kW◦h,建筑面积为:7 978m2,即单位电能耗为: 26.64 kW◦h/m2。B空调系统:根据冬季运行的实测电耗为: 152 720 kW◦h,建筑面积为:6 497 m2,即单位电能耗为: 23.50 kW◦h/m2。两个系统综合单价电能耗:25.07 kW◦h/m2。

2)夏季能耗分析。

夏季空调总计运行为104 d。A空调系统:根据夏季运行的实测电耗为:137 120 kW◦h,建筑面积为:7 978m2,即单位电能耗为:17.18 kW◦h/m2。B空调系统:根据夏季运行的实测电耗为:87 520 kW◦h,建筑面积为:6 497 m2,即单位电能耗为: 13.47 kW◦h/m2。两个系统综合单价电能耗:15.52 kW◦h/m2。

3.3 能耗对比

根据上述能耗分析地埋管地源热泵夏季供冷费用:15.52元/m2(电费按 1元/kW◦h计算)(单冷空调供冷费约 25元/m2～30元/m2);地埋管地源热泵冬季供热费用:25.23元/m2(天津集中供热工商户36元/m2,天津港集中供热:150元/m2);地埋管地源热泵夏、冬季费用合计:40.75元/m2(单冷空调费与热网费合计 61元/m2～66元/m2(天津港:175元/m2～180元/m2)。