新型節(jié)能空調(diào)控制系統(tǒng)的研制

摘 要： 地源熱泵作為一種新型的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，在實際的運行中，特別是多機(jī)組運行時，應(yīng)該充分考慮主機(jī)和各個水泵的運行耗能問題。重點闡述了地源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)、分區(qū)分時段控制及雙機(jī)組運行的控制策略。實際運行證明，此控制系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了對水泵和機(jī)組的節(jié)能控制。
關(guān)鍵詞： 地源熱泵；可編程邏輯控制器；節(jié)能；空調(diào)系統(tǒng)

　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都具有較大優(yōu)勢的解決供暖和空調(diào)的替代方式。在實際應(yīng)用中，特別是多套機(jī)組和水泵運行時，為了進(jìn)一步提高節(jié)能效果，應(yīng)該盡可能減少水泵和機(jī)組的臺數(shù)及運行時間，使系統(tǒng)的運行更加節(jié)能。同時，也應(yīng)該解決單機(jī)組、水泵長時運行而磨損比較大的問題，并且實現(xiàn)無人值守。本文介紹基于PLC來實現(xiàn)對雙機(jī)組運行的控制。
1 系統(tǒng)運行過程
　以某學(xué)校的地源熱泵系統(tǒng)為例，總建筑面積為18 000 m2，系統(tǒng)共有六臺水泵，其中兩臺作為備用水泵，兩套螺桿式水水空調(diào)機(jī)組?？刂葡到y(tǒng)需要檢測冷凍水的供回水壓力和溫度值的位置見圖1所示。

　在普通的機(jī)組運行中，單機(jī)組可以根據(jù)負(fù)荷的大小自動調(diào)節(jié)輸入功率。但是在雙機(jī)組或者更多機(jī)組的同時運行中，機(jī)組不能根據(jù)負(fù)荷的輕重來自動增減臺數(shù)及控制其運行時間，導(dǎo)致了電能的大量浪費。采用合適的控制策略，可以自動控制機(jī)組的開啟臺數(shù)及啟停時間。采用定壓定溫的控制方法，可以有效減少水泵的運行耗能，并且在負(fù)荷輕的時候，適當(dāng)保留運行機(jī)組的數(shù)目，從而避免了上述電能的浪費。
兩臺螺桿式地源熱泵機(jī)組，機(jī)組的制熱工作參數(shù)如表1所示。

　本控制系統(tǒng)主要通過三個方面來實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運行：
　(1)通過分別設(shè)定冬季和夏季的開機(jī)溫度值和關(guān)機(jī)溫度值，使得機(jī)組可以在負(fù)荷輕的時候減少運行臺數(shù)，并且關(guān)閉對應(yīng)冷卻水泵，有效減少電能的消耗。
　(2)通過定溫差的方法，來控制變頻水泵的運行狀態(tài)，以降低水泵功耗。
　(3)通過分區(qū)/分時的控制策略，滿足不同負(fù)荷區(qū)的分時的供熱/制冷需求。
2 控制系統(tǒng)的整體設(shè)計
2.1 控制系統(tǒng)的硬件
　根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)運行需要的輸出控制端有：兩臺機(jī)組和六臺水泵的啟?？刂菩盘枺粌陕坟?fù)荷區(qū)域的電磁閥和機(jī)組的冷卻水閥及冷凍水閥；變頻器模擬量輸出一個；共計開關(guān)量輸出十六個，模擬量輸出一路。
　為了測得冷凍水側(cè)的溫差和壓力，系統(tǒng)需要的輸入端有：冷凍水的供回水溫度檢測，冷凍水的供回水壓力檢測，共四路模擬量輸入；兩臺機(jī)組的運行及故障；六臺水泵的故障輸入。共計輸入開關(guān)量十個，模擬量輸入四路。模擬量的外部輸入輸出點見表2。

　根據(jù)以上輸入輸出量和系統(tǒng)要求，選用FP系列產(chǎn)品組成控制系統(tǒng)。包括有FP-X-C40型PLC一臺，VF-8Z系列的變頻器一臺，AFPX-COM6型號的485通道，模擬量輸出通道DA2。觸摸屏選用MT6070i型號，通過專用的232通信電纜與PLC連接。
　本系統(tǒng)的組成如圖2所示，首先在硬件上滿足了系統(tǒng)的要求。PLC通過485通信和兩臺機(jī)組相連，可以實時讀取機(jī)組內(nèi)部的各項參數(shù)。包括機(jī)組的運行狀態(tài)、機(jī)組故障和機(jī)組內(nèi)部的各項壓力及溫度值。