新型节能空调控制系统的研制

摘 要： 地源热泵作为一种新型的高效节能空调系统，在实际的运行中，特别是多机组运行时，应该充分考虑主机和各个水泵的运行耗能问题。重点阐述了地源热泵空调控制系统的硬件实现、分区分时段控制及双机组运行的控制策略。实际运行证明，此控制系统很好地实现了对水泵和机组的节能控制。
关键词： 地源热泵；可编程逻辑控制器；节能；空调系统

　地源热泵空调系统是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供暖和空调的替代方式。在实际应用中，特别是多套机组和水泵运行时，为了进一步提高节能效果，应该尽可能减少水泵和机组的台数及运行时间，使系统的运行更加节能。同时，也应该解决单机组、水泵长时运行而磨损比较大的问题，并且实现无人值守。本文介绍基于PLC来实现对双机组运行的控制。
1 系统运行过程
　以某学校的地源热泵系统为例，总建筑面积为18 000 m2，系统共有六台水泵，其中两台作为备用水泵，两套螺杆式水水空调机组。控制系统需要检测冷冻水的供回水压力和温度值的位置见图1所示。

　在普通的机组运行中，单机组可以根据负荷的大小自动调节输入功率。但是在双机组或者更多机组的同时运行中，机组不能根据负荷的轻重来自动增减台数及控制其运行时间，导致了电能的大量浪费。采用合适的控制策略，可以自动控制机组的开启台数及启停时间。采用定压定温的控制方法，可以有效减少水泵的运行耗能，并且在负荷轻的时候，适当保留运行机组的数目，从而避免了上述电能的浪费。
两台螺杆式地源热泵机组，机组的制热工作参数如表1所示。

　本控制系统主要通过三个方面来实现系统的节能运行：
　(1)通过分别设定冬季和夏季的开机温度值和关机温度值，使得机组可以在负荷轻的时候减少运行台数，并且关闭对应冷却水泵，有效减少电能的消耗。
　(2)通过定温差的方法，来控制变频水泵的运行状态，以降低水泵功耗。
　(3)通过分区/分时的控制策略，满足不同负荷区的分时的供热/制冷需求。
2 控制系统的整体设计
2.1 控制系统的硬件
　根据系统的需求分析，系统运行需要的输出控制端有：两台机组和六台水泵的启停控制信号；两路负荷区域的电磁阀和机组的冷却水阀及冷冻水阀；变频器模拟量输出一个；共计开关量输出十六个，模拟量输出一路。
　为了测得冷冻水侧的温差和压力，系统需要的输入端有：冷冻水的供回水温度检测，冷冻水的供回水压力检测，共四路模拟量输入；两台机组的运行及故障；六台水泵的故障输入。共计输入开关量十个，模拟量输入四路。模拟量的外部输入输出点见表2。

　根据以上输入输出量和系统要求，选用FP系列产品组成控制系统。包括有FP-X-C40型PLC一台，VF-8Z系列的变频器一台，AFPX-COM6型号的485通道，模拟量输出通道DA2。触摸屏选用MT6070i型号，通过专用的232通信电缆与PLC连接。
　本系统的组成如图2所示，首先在硬件上满足了系统的要求。PLC通过485通信和两台机组相连，可以实时读取机组内部的各项参数。包括机组的运行状态、机组故障和机组内部的各项压力及温度值。