淺談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)智能化控制技術(shù)

張浩，羅登云，鄧裔麒瑞

（1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院；2.貴州淺層地溫能開發(fā)有限公司；3.貴州淺層地溫能開發(fā)有限公司，貴州 貴陽 550081）

中央空調(diào)能耗大，其原因在哪里？目前中央空調(diào)系統(tǒng)的核心（壓縮機）的能效利用率已有很大的提高，空調(diào)機組的COP 值可達(dá)到4．5 以上。但是，中央空調(diào)系統(tǒng)的整體能效利用率仍然很低，據(jù)統(tǒng)計，目前大多數(shù)中央空調(diào)系統(tǒng)整體能源利用率只有60%～70%，本文通過對某項目地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)智能化控制的建設(shè)，從而對建立系統(tǒng)智能化控制的重要性進(jìn)行探討。

1 當(dāng)前地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)存在的問題

（1）設(shè)計時一般按照最大負(fù)荷需求進(jìn)行設(shè)備配置，但由于季節(jié)和末端負(fù)荷變化的差異導(dǎo)致機組大部分時間運行在低負(fù)荷區(qū)。（2）地源熱泵系統(tǒng)是利用地下土壤的恒溫特性進(jìn)行換熱，但由于地源井較多，地源側(cè)過度放冷/熱均會影響機組效能，增加運行能耗。（3）機房監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測機房設(shè)備運行狀態(tài) ，但不能夠根據(jù)氣候變化和末端負(fù)荷變化實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)，在部分負(fù)荷時能效比較低，不利于節(jié)能。（4）循環(huán)水泵基本為定頻運行，未安裝ABB 變頻器，水泵不能根據(jù)負(fù)荷變化自動調(diào)整循環(huán)水流量，存在大流量小溫差運行現(xiàn)象，影響系統(tǒng)COP。（5）末端建筑統(tǒng)一采用風(fēng)盤供冷/供熱，均為本地控制，體感溫度低。很難避免人的不節(jié)能行為導(dǎo)致的系統(tǒng)耗能增加。（6）末端建筑多，每棟樓對冷熱負(fù)荷的需求也不一樣，目前采用統(tǒng)一的供冷/供熱模式。缺少室內(nèi)的溫濕度監(jiān)測，系統(tǒng)無法根據(jù)室內(nèi)效果實時調(diào)節(jié)機組制冷/制熱輸出，影響供冷/供熱效果。（7）分集水器分支管道管道閥門均為手動閥，不利于分時分區(qū)控制。（8）空調(diào)系統(tǒng)缺乏一套整體的能源優(yōu)化智控系統(tǒng)，實現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的整體協(xié)調(diào)運行，提高系統(tǒng)運行效能；

2 解決思路

（1）從中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計思路來看，一般中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計選型時，通常是按照當(dāng)?shù)貧v史上氣溫最高的天氣來設(shè)計，且預(yù)留有15%～20%的余量，在正常使用時，中央空調(diào)系統(tǒng)沒有完全運行在滿負(fù)荷狀態(tài)。因此應(yīng)在設(shè)計時采用軟件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，避免設(shè)計冷熱負(fù)荷遠(yuǎn)超實際運行需求的現(xiàn)象。

（2）在中央空調(diào)水系統(tǒng)中，水泵的容量，也是按照建筑物最大設(shè)計負(fù)荷選定的，實際的運行情況是都長期處于固定的最大水流量下工作，但建筑的冷熱負(fù)荷需求隨季節(jié)和天氣隨時動態(tài)變化，中央空調(diào)的平均實際負(fù)荷在絕大部分時間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計負(fù)荷低。因此，循環(huán)水泵首先能夠根據(jù)氣溫條件進(jìn)行開啟數(shù)量確定，兩臺同時運轉(zhuǎn)時，應(yīng)保證其中一臺能夠根據(jù)溫差或者壓差進(jìn)行變頻。

（3）一般空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計供回水溫差為5℃，水系統(tǒng)流量固定的情況下，全年絕大部分時間，水系統(tǒng)溫差僅為1．0 ～3．0℃，即整個系統(tǒng)始終處于大流量、小溫差的工作狀態(tài)下，增加了管路系統(tǒng)的能耗，降低了整套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)統(tǒng)計分析，一般中央空調(diào)水系統(tǒng)的耗電量約占整個中央空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20% ～30%，故根據(jù)熱負(fù)載的變化，自動調(diào)整水系統(tǒng)的流量，更具有現(xiàn)實和重要的意義。

（4）基于大數(shù)據(jù)、AI 人工智能技術(shù)建設(shè)一套中央空調(diào)的智能控制中心。

3 智控系統(tǒng)設(shè)計方案

（1）建立設(shè)備能效智控管理中心，對系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理，基本實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化運行。

（2）連接已有控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互并建立系統(tǒng)的歷史和實時數(shù)據(jù)庫，讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲；

（3）對每臺機組分別配置RIC 控制器，實現(xiàn)各臺機組單獨控制及與能效智控中心的網(wǎng)絡(luò)連接。

（4）增加室外環(huán)境監(jiān)測傳感器，實時監(jiān)測氣候變化并進(jìn)行分析。

（5）添加機組群控策略，保證在滿足制冷量需求的情況下經(jīng)濟運行。

（6）將現(xiàn)有的循環(huán)泵變頻接入能效管理系統(tǒng)，根據(jù)冷凍水/冷卻水溫度、壓力自動調(diào)整流量，提高輸送效率。

（7）增加部分建筑的分時分區(qū)控制，根據(jù)建筑需求獨立調(diào)節(jié)供冷/供熱量，并設(shè)置單獨熱量表進(jìn)行數(shù)據(jù)量化，提升能源利用率。

（8）增加末端區(qū)域溫濕度傳感器，實時監(jiān)測室內(nèi)舒適度變化并進(jìn)行分析，根據(jù)末端變化動態(tài)調(diào)節(jié)供冷/供熱量，達(dá)到精細(xì)化控制目的。

（9）將機房現(xiàn)有的供回水溫度、壓力、地源井溫度監(jiān)控接入能效智控系統(tǒng)，根據(jù)供回水溫度和地源井監(jiān)測溫度分析供冷/供熱量，提升利用效率。

4 建設(shè)效果

（1）建設(shè)改造完成后，通過增加中央空調(diào)智控管理系統(tǒng)將實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的集中優(yōu)化管理，能夠根據(jù)室外環(huán)境變化和室內(nèi)負(fù)荷變化自動調(diào)節(jié)供冷/熱量，在滿足末端舒適度前提下實現(xiàn)設(shè)備的高效運行，提升能源利用率，達(dá)到節(jié)能減排效果。

（2）中央空調(diào)智控管理系統(tǒng)設(shè)置有節(jié)能直通切換功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者檢修本系統(tǒng)時可通過切換開關(guān)將設(shè)備轉(zhuǎn)為原系統(tǒng)控制，不會影響原系統(tǒng)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

（3）與項目匹配的空調(diào)運行策略、管理功能、控制要求等，可規(guī)范空調(diào)系統(tǒng)的操作流程，杜絕人為因素所造成的管理失誤，系統(tǒng)運行更加安全、穩(wěn)定。

（4）與項目匹配的管理功能可實時、準(zhǔn)確提供客戶所需的空調(diào)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、報表等，為科學(xué)決策提供依據(jù)。

（5） 改造完成后， 可實現(xiàn)運營能耗下降10%～30%，大大降低用戶運營成本，提升競爭力。

（6）機房自動化程度大大提升，大部分的手動操作完成的工作都由系統(tǒng)自動完成，大大降低了人工成本，并提高了整個系統(tǒng)的安全性、可靠性。

5 結(jié)語

隨著國內(nèi)建筑的高速發(fā)展，節(jié)能的重點已從工業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向建筑方面發(fā)展。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能占建筑節(jié)能的主要部分，因此暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能成為關(guān)系國計民生和國家可持續(xù)發(fā)展的重要行業(yè)。將先進(jìn)的管理經(jīng)驗、管理模式與智能控制技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)智能運行、高效節(jié)能，高效管理，降低管理人員的工作強度，提高管理效率的目的。