地源热泵空调控制系统研究

周 莉，焦 洋

山东丝绸纺织职业学院，山东淄博 255300

能源问题是人类面临的重大挑战之一，如何高效地利用地能资源是解决能源问题的有效方法。目前国内外利用地能的一种重要形式就是地源热泵系统。山东丝绸纺织职业学院积极响应国家“节能减排”的号召，地源热泵系统在2010年11月正式投入运行，能过完全满足日常工作、生活需要。将低温热源的热能转移到高温热源的装置就是热泵。按热泵驱动功的形式分吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、机械压缩式热泵。其中，最常见的是机械压缩式热泵。而根据机械压缩式热泵所吸收的可再生低位热源的种类，又可将热泵分为：空气源热泵、水源热泵和地源热泵等。

1 地源热泵介绍

地源热泵技术，它是利用浅层常温土壤中的能量作为能源，具有高效节能、无污染、运行成本低等优点，不仅可以采暖还可以制，并且还可提供卫生热水。实际上是利用地下土壤常年温度相对稳定的特性，是一种通过埋入建筑物周围的地耦管与建筑物内部完成热交换的装置。冬季时，将大地中的热能提高以便对建筑物供暖，将建筑物内的冷量储存至地下，以备夏季制冷使用；而在夏季，则是通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对其降温，并储存热量，以备冬季制热使用。地源热泵技术被称为21世纪的“绿色空调技术”，是目前中央空调方案中的最佳选择。

2 地源热泵空调系统简介

地源热泵中央空调系统由三部分组成：能量采集系统，能量提升系统，能量释放系统。能量采集系统是采集大地土壤所蕴藏着的丰富低温热能。能量提升系统是将采集来的能量经提升交换，进而传送至空调空间，便于以实现能量的释放。能量释放系统则是地源热泵中央空调系统在建筑物内的空气调节部分，简称空调，就是调节空气的湿度、温度、清洁度，将其控制在合适的范围内，保证室内的空气质量，使人感到舒适。

3 地源热泵空调控制系统

地源热泵的空调系统是按最大负荷设计的，同时还会乘以一个系数，设备的选择都是按最不利的工况来进行选型设计，因此留有相当的余量。机组的自动化控制主要是解决空调系统的能源有效利用和节能。地源热泵系统运行则是采用柔性变容量技术调节机组运行负载，因此，节能效果比较显著。

自动控制系统具有定时开关机，远程监控，手动、自动切换工作状态，故障自动判断、处理、报警、内存记录，与附属设备联动，能量控制，运行管理，负荷匹配，运行限制，全中文信息，触摸屏显示等功能。自控控制系统原理如图1所示。

图1 地源热泵空调系统工作原理图

当系统运行时，开关S给出信号，首先工作的是空调侧和地缘侧循环泵，在感应系统接收到工作信号后，紧接着命令传感器组检测水温、室温等信号，同时将检测结果反馈给单片机，根据结果，单片机决定压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等的工作。

地源热泵空调控制系统分为三大部分：循环泵组部分，感应系统，运行部分。其中，循环泵组部分，采用的是继电器控制系统。

继电器、接触器、按钮、开关、行程开关等低压电器组成了继电器控制系统，通过电气触点的闭合和分断控制电路的接通和断开，进而实现对电动机拖动系统的起动、停止、调速、制动、自动循环与保护等的自动控制。它具备控制器件结构简单、价格低廉、控制方式直观、容易掌握、工作可靠、易维护等优点。同时，也具有接线复杂、易出故障、可靠性差、维修费用高、体积较大、控制速度慢等的缺点。

对于可编程控制器控制系统，则具有可靠性高、编程简单、通用性好、功能强大、体积小、功耗低、设计施工周期短等优点，因此，对于此循环侧泵组采用PLC控制进行改造。

4 改造原则

不管是哪种控制系统都是为了实现生产过程或生产设备的工艺要求，提高产品质量和生产效率。在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

1）最大限度地满足被控对象的控制要求；2）确保PLC控制系统安全可靠；3）力求简单、经济、使用及维修方便；4）适应发展的需求；5）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有容量。

继电器控制系统移植成PLC梯形图应遵循的规则是：时间触点的等效规则、输入触点的常态规则、输出电路的安全规则、形式一致规则、梯级可执行规则、逻辑等价性规则。

继电器控制系统在转化成PLC控制时应满足的条件是：

1）输入元器件与输出元器件要求一致；2）梯形图中各元器件的控制顺序时应根据继电接触器电路的的控制过程来编排，并且要符合控制逻辑；3）每个输出继电器在继电器控制电路和梯形图中都应是用其常开触点自锁的；4）梯形图的回路和继电器控制电路间都是用其常闭触点进行互锁的；5）在发生状态变化的控制时，继电器控制电路中往往采用中间继电器，而对于梯形图则是采用状态继电器对受控元件加以监控；6）继电器的触点在继电气控制电路中只能使用一次。对于梯形图中的同一个触点则可以使用多次；7）在继电器控制电路中，触点和线圈是同一个组合体，一旦给继电器、接触器通电，线圈和触点几乎同时动作。对于梯形图，则只存在控制上的逻辑关系。当线圈作为输出元件或是控制的中间条件线圈，只限于使用一次。

5 结论

作为一种环保节能的空调方式，地源热泵是一项跨专业的综合能源利用技术，需要通过相关专业技术人员的通力协作来完成的。近几年来，地源热泵空调系统在国外很多国家都取得了较快的发展，在中国，地源热泵市场也日趋繁荣，可以预测，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

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