分析多源暖通空调控制技术应用

2020-03-06袁堂钦

工程建设与设计 2020年3期

袁堂钦

（大连先锋建筑设计咨询有限公司，辽宁大连116021）

1 多源暖通空调系统概述

多源暖通空调即采用多源热泵技术将低位热源所产生的热能进行收集并逐步转移到高位热源中，从而为采暖用户提供高品质的供暖。目前，根据热源种类的不同可大致分为以下3 类：空气热源暖通空调、水源暖通空调和空气源暖通空调。

一般情况下，多源暖通空调在使用过程中和传统空调系统具有一定的差别，传统空调系统在运作过程中主要有冷热源，也就是人们通常所说的热泵。冷媒输配管网、空气分配装置、被调对象等一系列的装置，而多元暖通空调系统在使用过程中，包括多源热泵机组、空气处理设备、自动控制装置、太阳能集热器、储能水箱等一系列的内容，在进行能量存储或者是功能过程中，多源暖通空调系统主要依靠多源热泵机组和保温箱。在运作过程中，需要对太阳能集热器进行设计，充分发挥太阳能清洁能源的优势，在使用过程中也不会排放大量的有害物质。此外，需要做好储能水箱的设计工作，为了保证暖通空调系统和热水系统有机连接，必须要做好太阳能水箱存储，在进行太阳能集热水箱运作时，为了满足空调和热水制取的需求，需要保证水箱和空调系统共同运作[1]。

2 多源暖通空调系统优势分析

传统暖通空调系统由于设备造价高，运行能耗大等缺点长期以来制约了其在我国的应用和推广，尤其是在部分采暖空间较为独立、供电线路系统老旧的建筑中，推广应用的难度更大。多源暖通空调系统与传统暖通空调系统相比，其在系统能耗、设备维护等方面相比具有明显优势。这些优势主要体现在如下方面。

2.1 主动融合多种清洁能源

目前，我国南方部分地区在冬季采暖季节中虽然室外大气温度只有10℃上下，但此时的大气中还蕴含大量可供利用的热量，如显热与潜热，通过利用空气源热泵收集和利用大气中的热量，不仅能够将室外较低品位的热能加以收集利用，而且其能耗远低于其他热源暖通空调。

人类利用太阳能的历史较为悠久，但在利用太阳能作为多源暖通空调的热源时受到采暖区域纬度坐标、昼夜时长、当地天气情况等客观因素的影响，从而使得该种类型热源在供热稳定性上存在一定问题。

为此，多源暖通空调系统则通过将多种热源进行有机的融合，从而达到取长补短的功效，充分发挥了每一种热源的优势。例如，采用太阳能-空气能-水能的复合式多源暖通空调则可以可再生能源作为供热远，并实现了空气、水、太阳能之间的热量转换和互补[2]。

2.2 充分利用昼夜电价差

我国的供电制度设定用电户在每日的昼夜之间存在一定量的用电单价差，即每日22 点至次日8 点之间的用电电价仅为次日8 点至22 点的一半。为此，以储热水箱或储热水池为核心技术的多源暖通空调系统通过在每日夜间22 点至次日8点期间相对低廉的电价对储热水箱或储热水池内的储水进行加热，使其达到一定的温度并采用较好的保温技术将其稳定在一定的温度范围内，以便次日昼间采暖用户需要供暖时便可采用热泵将储存在储热水箱或储热水池中的热能供给采暖用户。一旦储热水箱或储热水池中的热能被消耗殆尽或低于一定指标，系统则将启用其他热源为暖通空调系统供给热能。另外，部分储热水箱或储热水池中的热水还能供给用户作为洗漱用的热水源。

2.3 系统自动化程度较高

鉴于多源暖通空调系统的热能来自多个供热系统，而暖通空调系统需要根据当地不同的气候环境条件对多个热源进行切换，从而实现能耗最优的目的。例如，在昼间光照较好的条件下系统将采取以太阳能热泵为主的供热系统，而当天下午光照强度不足以支撑暖通空调系统供热需求时，系统自控设备将把部分储存在储热水箱或储热水池中的热源提取出来以供暖通设备使用。上述各类设备均可在无人值守的状态下自主运行。

3 多源暖通空调控制系统概述

多源暖通空调控制系统基本采用分散式控制系统，该类型的控制系统内多以分级控制来对系统内的所有设备进行控制，此外，又可按照管理层级分为现场级与管理级2 大类。而上述2 大类控制系统之间可用控制系统网络来实现数据的共享与传输，从而满足较为庞大的暖通空调系统中诸多设备的控制与协调需求。

3.1 现场级控制系统

现场级控制系统所控制的设备主要包括多源热泵机组、空气循环热泵机组、太阳能热泵循环机组等热源供应设备，其还包括了各类传感器、执行器、现场控制器。

传感器通常被用于收集供暖空间及暖通设备本身的各项物理量数据，如温度、液体压强、液体流量、空气湿度等指标，也正因上述暖通系统内外观测数据的收集，才能为控制软件提供各类设备启闭运行决策的依据。

执行器是指将控制软件输出的各类控制指令施加到暖通空调系统内被控制的设备，其作为末端的执行设备改变流入或流出被控对象的物质量或能量形成被控制参数的调节，例如，供水管道中的阀门、水泵的启闭等。

现场控制器主要负责监控各类传感器的数据采集，并将采集的数据与被检测对象的系统预设值进行比对，从而计算出相应的控制作用。根据相关的计算机控制部分设备的运行状态，同时，现场级控制器还可与暖通系统的中央管理计算机进行联动，接受其发出的所有指令，而当暖通系统中央管理级控制软件出现故障时，现场控制器仍旧可以按照其设备内部设定的参数管控其所负责控制的系统设备。现场控制器主要由I/O 接口、运算单元、显示单元等部分组成[3]。

3.2 管理级控制系统与控制网络

目前，多源暖通空调的管理级控制系统主要由管理计算机与其配套的控制软件组成，随着PLC 技术的不断成熟，管理计算机基本被可靠度高、故障率小的工业级单片机所取代，而至于配套的系统控制软件则成为了整个多源暖通空调系统的“大管家”，负责整个系统运行。

控制网络作为连通现场级控制器和管理级控制系统的媒介，其负责整个管控系统的数据传输。

4 多源暖通空调控制系统技术的创新

4.1 系统节能与环保指标的体现

由于我国各地的气候与居民生活习惯的差异性，加之各类的能源供给情况略有不同，为了使得多源暖通空调系统更大地发挥节能环保的优势，可在其系统选型期间结合当地实际情况选择经济性较高且符合当地居民使用习惯的热源。同时，在对暖通空调机组进行调试时，可根据各地不同情况对相关控制数据进行微调，并拟定相应的系统自控原理图和控制程序，以便进一步提升其节能环保的优势。

4.2 控制系统的无线化

鉴于我国建筑内部空间极其有限，而多源暖通空调系统与传统的空调系统相比，其各类控制器与控制网络的数量大为增加。为此，笔者建议，充分发挥现今无线数据传输技术的创新，将无线传输设备取代原有的有效传输模式，从而实现所有传感器与控制器之间的数据共享，这既减轻了系统安装维护的压力，又能使控制数据的利用率得到大幅度提高。