空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)的應(yīng)用

陳連亭

摘要：“空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)”是采用雙熱源復(fù)合型供暖系統(tǒng)。采用空氣源熱泵和固體直熱鍋爐作為熱源。采用雙熱源冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，保證供熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，即使其中的一個(gè)熱源出現(xiàn)故障，另一個(gè)熱源也能正常工作，保證供暖正常。系統(tǒng)以PLC作為控制器采用臺(tái)達(dá)品牌PLC。HMI設(shè)備作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備。采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)。通過(guò)GPRS通信技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳遞到云數(shù)據(jù)平臺(tái)，云平臺(tái)具有數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分析，故障的遠(yuǎn)程診斷，遠(yuǎn)程控制的功能。對(duì)供暖系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視控制。系統(tǒng)高效穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；GPRS通信技術(shù)；云平臺(tái)；故障遠(yuǎn)程診斷

1、“空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)”簡(jiǎn)介及工作流程

1.1空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)”簡(jiǎn)介

“空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)”采用Modbus RTU通信協(xié)議采集現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。例如，故障報(bào)警數(shù)據(jù)。電表設(shè)備的電能累積值，系統(tǒng)電壓、電流數(shù)值，供暖系統(tǒng)供回水溫度等數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)通過(guò)PLC控制器完成對(duì)外部電氣設(shè)備，智能化儀表進(jìn)行數(shù)字化控制，變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。通過(guò)GPRS技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。使室內(nèi)溫度值滿足熱能用戶的要求。

1.2工作流程

循環(huán)泵先啟動(dòng)運(yùn)行，使供暖的水系統(tǒng)循環(huán)起來(lái)，1分鐘后如果系統(tǒng)需要補(bǔ)水，補(bǔ)水泵開(kāi)啟。再過(guò)3分鐘左右，如果室外環(huán)境溫度是大于-15℃的。PLC控制系統(tǒng)向熱泵發(fā)出開(kāi)機(jī)信號(hào)。但是熱泵自身控制系統(tǒng)需要完成系統(tǒng)檢測(cè)，需過(guò)若干分鐘，熱泵真正開(kāi)機(jī)。熱泵設(shè)備的壓縮機(jī)全部啟動(dòng)后，根據(jù)系統(tǒng)回水的目標(biāo)溫度，控制系統(tǒng)決定是否開(kāi)啟固體直熱鍋爐作為備用熱源投入使用。

2、空氣源熱泵簡(jiǎn)介及在“空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)” 中的調(diào)劑方式

2.1空氣源熱泵簡(jiǎn)介

空氣源熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源空氣流向高位熱源的節(jié)能裝置。在機(jī)組制熱運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)吸入氣液分離器中的低壓氣態(tài)制冷劑，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后變?yōu)楦邏簹怏w，經(jīng)四通閥至水側(cè)換熱器，在水側(cè)換熱器中高壓氣體放熱被冷凝為高壓液體，而換熱管外的水被加熱，達(dá)到使用要求，高壓液體通過(guò)干燥過(guò)濾器后，去除水分和雜質(zhì)，流至膨脹閥，高壓液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流后，變?yōu)榈蛪旱囊簯B(tài)制冷劑，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾雜質(zhì)后進(jìn)入風(fēng)側(cè)換熱器中，在此，制冷劑液體在換熱器管內(nèi)由風(fēng)扇使空氣循環(huán)，提供熱源，低壓液體在風(fēng)側(cè)換熱器中蒸發(fā)后，經(jīng)四通閥進(jìn)入氣液分離器中，經(jīng)氣液分離器至壓縮機(jī)吸氣口，保證回壓縮機(jī)的制冷劑全部為氣體，至此，完成一個(gè)制熱循環(huán)。

2.2調(diào)節(jié)方式

（1）熱泵整個(gè)使用過(guò)程中空開(kāi)不能斷電，氣溫>-15℃時(shí)且系統(tǒng)回水溫度小于“系統(tǒng)設(shè)定回水溫度-熱泵啟動(dòng)偏差溫度2℃”開(kāi)機(jī)；<-15℃時(shí)關(guān)機(jī)。

（2）控制熱泵開(kāi)關(guān)機(jī)方式為，每臺(tái)熱泵設(shè)備都配有MODBUS通信模塊，MODBUS通信單獨(dú)控制，每臺(tái)設(shè)備都作為主機(jī)。 熱泵的數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可調(diào)。

2.3狀態(tài)判斷

讀熱泵每臺(tái)壓機(jī)起停及故障（低壓/高壓/缺水）狀態(tài)并遠(yuǎn)傳記錄，故障持續(xù)5分鐘可確認(rèn)此臺(tái)無(wú)法起動(dòng)。無(wú)故障壓縮機(jī)全部啟動(dòng)后再延時(shí)判斷溫度是否達(dá)標(biāo)。

3、固體直熱鍋爐在“空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)” 中的工作流程

3.1起動(dòng)條件

氣溫<-15℃/熱泵出現(xiàn)停機(jī)故障/壓縮機(jī)全起延遲后溫度仍不達(dá)標(biāo)

3.2調(diào)節(jié)方式

（1）氣溫<-15℃時(shí)，必須開(kāi)兩個(gè)模塊間隔5min起動(dòng)，（間隔5min啟動(dòng)直熱1，啟動(dòng)后，間隔5min，再啟動(dòng)直熱2）；超過(guò) 根據(jù)HMI工作日/節(jié)假日當(dāng)前時(shí)段設(shè)置回水溫度，經(jīng)過(guò)濾波處理， 并持續(xù)30S時(shí)停止直熱2，再持續(xù)30S停直熱1

（2）氣溫>-15℃時(shí)，熱泵壓縮機(jī)全啟動(dòng)才能運(yùn)行開(kāi)啟一個(gè)直熱，或部分熱泵機(jī)組有故障持續(xù)10鐘。才能開(kāi)啟直熱；若熱泵開(kāi)啟，并且實(shí)際監(jiān)測(cè)到的回水溫度低于 根據(jù)HMI工作日/節(jié)假日當(dāng)前時(shí)段設(shè)置回水溫度-熱泵啟動(dòng)偏差溫度2℃ 并持續(xù)5min時(shí)起動(dòng)100kW直熱1，5min后無(wú)效果關(guān)閉100kW直熱1再起動(dòng)250kW直熱2，超過(guò) 根據(jù)HMI工作日/節(jié)假日當(dāng)前時(shí)段設(shè)置回水溫度 并持續(xù)30S時(shí)停止直熱2

（3）上面的兩個(gè)調(diào)節(jié)方式中，涉及到數(shù)字的參數(shù)，可根據(jù)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的不同情況設(shè)置參數(shù)?？稍诂F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)HMI設(shè)備設(shè)置，或者云平臺(tái)設(shè)置。

4、循環(huán)泵在“空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)” 中的工作流程

4.1調(diào)節(jié)方式

供回水溫差大升頻，小降頻（下限考慮熱泵/直熱最低流量，供回水壓力最低要求，末端循環(huán)流暢情況）。采用PID調(diào)節(jié)控制變頻器的輸出頻率，以達(dá)到控制精準(zhǔn)和節(jié)能的目的。

4.2切換條件

當(dāng)PLC發(fā)出起動(dòng)指令但3S（數(shù)據(jù)可調(diào)）后未接受到接觸器的運(yùn)行反饋/或有反饋但或供水壓力低于超低設(shè)置值時(shí)自動(dòng)起動(dòng)停止主泵起動(dòng)備用泵起動(dòng)順序：先開(kāi)循環(huán)泵再開(kāi)熱泵/固體直熱，先停熱泵/固體直熱，再根據(jù)需要停循環(huán)泵（可加延遲時(shí)間），循環(huán)泵停則要停熱泵；

5、補(bǔ)水泵簡(jiǎn)介及在“空氣源熱泵智能供暖系統(tǒng)” 中的工作流程

5.1起停調(diào)件

循環(huán)泵開(kāi)啟后，供水壓力低于低設(shè)定值并持續(xù)3S（數(shù)據(jù)可調(diào)）開(kāi)補(bǔ)水泵，高于高設(shè)定值停止，水箱液位低于設(shè)置值1S（數(shù)據(jù)可調(diào)）不允許開(kāi)泵，低于報(bào)警值報(bào)警不停泵；

5.2切換條件

當(dāng)PLC發(fā)出起動(dòng)指令但3S（數(shù)據(jù)可調(diào)）后未接受到運(yùn)行反饋時(shí)自動(dòng)起動(dòng)停止主泵，起動(dòng)備用泵；

6、結(jié)束語(yǔ)

以前發(fā)電主要是靠煤、油、氣，現(xiàn)在國(guó)家倡導(dǎo)清潔用電，隨著社會(huì)發(fā)展和國(guó)家對(duì)環(huán)保清潔能源的重視，空氣源熱泵，電供暖一定會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，未來(lái)前景十分光明。

參考文獻(xiàn)：

[1]《臺(tái)達(dá)PLC編程技術(shù)及應(yīng)用案例》陳浩編著. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2014。

[2]《Modbus軟件開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南》楊更更著. 清華大學(xué)出版社. 2017。

[3]《電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)》范國(guó)偉編. 人民郵電出版社. 2013。