土壤源熱泵VWV控制系統(tǒng)的研究摘要：土壤源熱泵技術(shù)是一項高效節(jié)能、有利于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的空調(diào)冷熱源技術(shù)。但與其他空調(diào)系統(tǒng)一樣要考慮如何既滿足空調(diào)舒適度，又最大限度地節(jié)約能源。把空調(diào)與制冷行業(yè)中對變流量的研究應(yīng)用于熱泵系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮這些新技術(shù)的節(jié)能潛力?？照{(diào)系統(tǒng)的自動控制在空調(diào)行業(yè)越來越得到重視。本文通過分析現(xiàn)有變流量控制方法，確定采用變壓差變流量變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，并且針對土壤源熱泵的兩個水系統(tǒng)和機組之間的耦合性，結(jié)合實例提出土壤源熱泵系統(tǒng)的水系統(tǒng)變流量的控制方案以及系統(tǒng)流程。關(guān)鍵字：土壤源熱泵變流量變壓差變流量控制變頻調(diào)速1引言熱泵技術(shù)的發(fā)展有利于合理利用自然資源，有利于環(huán)境污染的治理，是節(jié)能科技的亮點之一。但與其他空調(diào)系統(tǒng)一樣要考慮如何既滿足空調(diào)舒適度，又最大限度地節(jié)約能源。根據(jù)目前有關(guān)資料統(tǒng)計，空調(diào)系統(tǒng)大部分時間是在50～70％的負荷下工作的，而且負荷隨時間不斷發(fā)生變化，為了使冷水所載的冷量與經(jīng)常變化著的負荷相匹配，節(jié)約水輸送動力和系統(tǒng)的運行費用，將變流量（VWV）控制引入熱泵水系統(tǒng)成了理所當(dāng)然的做法?？照{(diào)系統(tǒng)的自動控制在空調(diào)行業(yè)越來越得到重視，從根本上看，空調(diào)系統(tǒng)的合理運行是建立在對系統(tǒng)科學(xué)控制的基礎(chǔ)上的。一般的VWV控制系統(tǒng)是針對單系統(tǒng)變流量控制的，而土壤源熱泵VWV控制系統(tǒng)需要對冷熱源水泵、負荷側(cè)水泵及熱泵機組進行集中控制。水泵用變頻控制達到變流量運行。我們通過把實驗室的熱泵系統(tǒng)與北京某工程的土壤源熱泵系統(tǒng)相結(jié)合,就土壤源熱泵系統(tǒng)的水系統(tǒng)變流量的控制方案問題進行了研究分析。2水泵變頻控制原理目前，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)識到水系統(tǒng)的變頻調(diào)速變流量設(shè)計具有明顯的節(jié)能效果。在冷水泵、冷卻水泵上加裝變頻器，由于技術(shù)成熟、控制簡單、供應(yīng)廠商多、投資少、回報快而備受業(yè)主和設(shè)計人員的青睞，成為發(fā)展最快的一種節(jié)能手段。變頻之所以節(jié)能主要是基于水泵相似律的3個綜合公式：①水量∝轉(zhuǎn)速，②壓頭∝轉(zhuǎn)速2，③功率∝轉(zhuǎn)速3。2.1變壓差變流量控制思想無論是調(diào)節(jié)閥控制方法還是恒壓力控制方法，它們都是通過改變水泵的管阻或轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵口壓力和流量?？刂茖ο蠖际侵苯俞槍λ?，或水泵轉(zhuǎn)速n，或水泵揚程(泵口壓力)H。因此，系統(tǒng)的反饋均為一個單一的物理量，或水泵轉(zhuǎn)速n，或水泵揚程H。這些控制方法本身就決定了其效果不可能是理想的，因為沒考慮水流量的實時變化。當(dāng)系統(tǒng)在部分負荷運行時，由于水泵工作特性曲線與系統(tǒng)運行管道特性工作點偏移，水泵轉(zhuǎn)速改變前后的工作點為非相似工況點，如圖1所示。此時水泵運行軸功率實際上并不符合水泵相似律，在實際運行中也不可能達到預(yù)期的節(jié)能目的。而采用變壓差變流量的變頻調(diào)速控制才是唯一可行的理想選擇。2.1.1基本思想保證用戶用水揚程恒定不變。即根據(jù)用戶用水量變化自動地調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，改變水泵揚程以適應(yīng)水流量的變化，做到用水量大，就多加壓，提高水泵揚程；用水量小，就少加壓，降低水泵揚程。實現(xiàn)水泵揚程與用水量之間的自動控制。提高設(shè)備運行效率，節(jié)約能量消耗。2.1.2控制方法變壓差變流量系統(tǒng)設(shè)計要點主要是能夠有效地監(jiān)測系統(tǒng)的運行過程，并根據(jù)系統(tǒng)流量的變化跟蹤控制穩(wěn)定其工作點。水泵的揚程用文獻[4]所提出的公式來計算：H＝HST＋S*Q2(1)式(1)中S為管道的沿程摩阻與局部阻力之和的系數(shù)，Q為管道中的水流量(m3／s)，HST為用戶揚程。即水泵揚程用于兩方面：不僅要滿足用戶用水揚程(靜揚程)的需要，同時還應(yīng)彌補輸水管路中的各種水頭損失(動揚程)。這些損失與管路中的水流量的平方成正比。通過對水泵揚程表達式(1)的分析，提出了變壓差變流量自動控制方法。即：設(shè)靜揚程HST為被控制量，并設(shè)其恒定，而不設(shè)水泵揚程恒定。正是這一改變，我們發(fā)現(xiàn)：在式(1)中，苦要使HST恒定，在水泵流量增加時，為彌補輸水管路中的各種水頭損失，水泵揚程必須加大。在水泵流量減少時．輸水管路中的各種水頭損失也相應(yīng)地減少，水泵揚程必須降低．否則式(1)將不成立。這正是我們所希望的理想關(guān)系模式。它反映了水泵流量與水泵揚程的正確關(guān)系，但是，這一規(guī)律只有在設(shè)定用戶用水揚程(靜揚程)為恒定時。才能成立，這就是變壓差變流量自動控制理論和方法。這種變壓差變流量自動控制理論和方法真正實現(xiàn)了根據(jù)用戶用水量的實時變化自動地調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，改變水泵揚程以適應(yīng)水流量的變化，彌補流量變化引起的管路損失，保證靜揚程HST的恒定不變．實現(xiàn)水泵揚程與用水量之間的自適應(yīng)控制。同時節(jié)省大量的能量。變壓差變流量自動控制方法節(jié)省的能量要比恒壓力控制高得多。圖2VWV系統(tǒng)的集中控制原理圖3土壤源熱泵VWV控制方案在土壤源熱泵VWV系統(tǒng)中，需要對兩個水系統(tǒng)和熱泵機組同時控制，同步調(diào)節(jié)，否則會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行。因此，采用如圖2所示的集中控制系統(tǒng)。沖3.1兼堅具體控制方案味土壤源熱泵控睜制系統(tǒng)可以分面成三大部分：途用戶側(cè)水系統(tǒng)朱、熱泵機組和鄙冷熱源側(cè)水系戴統(tǒng)。用戶側(cè)水弦系統(tǒng)控制用戶辰壓郵差綱H南ST窄和溫度針差迅△膚T炊1蝦不變，而根據(jù)嶼用戶負尊荷院Q辣1柿的變化，改變康水泵揚程和流彩量。隨著控制灑技術(shù)的發(fā)展，貢熱泵機組的蒸嘉發(fā)器和冷凝器塘內(nèi)的流量已經(jīng)逮允許在一定范帖圍內(nèi)變化，一屆般為設(shè)計流量幸的炎30求珠％輝～路130良截％。壓縮機采撫用滑閥調(diào)節(jié)，四使機組在低負唇荷下運行時仍陷保持較高的能灰效比。房圖脈3VW嚼V長系統(tǒng)控制流程鑰圖尺根據(jù)能量守恒網(wǎng)原理，以夏季杰工況為例，冷司熱源側(cè)水系統(tǒng)恩水循環(huán)遙量惡W切l(wèi)縫為機組制冷才量神Q嚴(yán)k攪與制取該數(shù)量戚冷凍水所耗的螺功慰率網(wǎng)N輩之和。當(dāng)用戶未側(cè)水系統(tǒng)水循恭環(huán)敢量肚W鳥k欣改變時，冷熱廁源側(cè)水系統(tǒng)水魄循環(huán)織量庭W圣l加隨之改變。同睬理控制地下埋淋管壓澡差委H淚HP顯和溫度傲差綿△舍T染2燙不變。此外，址冬季工況時，單應(yīng)控制冷熱源茶側(cè)最小流量，圣以免地下埋管藝換熱器進水溫錄度降至零度，掘防止結(jié)冰。淘3.2側(cè)茄控制過程雹一般陽的寄VW緊V患控制系統(tǒng)是針鐘對單系統(tǒng)變流隔量控制的，而犧土壤源熱泵系夏統(tǒng)需要考慮各豎系統(tǒng)之間的耦舊合性?？刂频氖聊康木褪鞘垢鲄捪到y(tǒng)在穩(wěn)定運虜行的情況下最望大限度節(jié)省能捷耗。以夏季工復(fù)況為例，土壤亂源熱泵控制流源程圖如變圖愁3殺所示。4總結(jié)詢（盾1都）由于土壤源聯(lián)熱澇泵智VW誦V床控制技術(shù)相對挺較復(fù)雜，首次失投資成本較高挽，故確定系統(tǒng)含前應(yīng)針對具體躬工程的各方面拐情況對節(jié)能效級果和投資回收居進行平衡。一找般來說，土壤撤源熱仁泵李VW垃V竊控制技術(shù)比較漫適合系統(tǒng)大、由空調(diào)負荷變化巡大的工程。箭（紛2繼）應(yīng)該根據(jù)系層統(tǒng)設(shè)計參數(shù)及墾調(diào)節(jié)要求選用躬合適的壓差傳章感器和流量傳輪感器，選擇恰袍當(dāng)?shù)陌惭b位置秒，以滿足系統(tǒng)皇的控制精度要丸求。脅（纖3押）土壤源熱余泵刻VW腸V刺控制系統(tǒng)目前潮在實際工程應(yīng)歲用中還不普遍歇，需要設(shè)計人水員與運行管理需人員共同努力法，不斷提高技戚術(shù)水平，從而揮降低運行成本爺，達到節(jié)約能鏟耗的目的。參考文獻：恒[1]攤圍楊耀東，杜曉司剛饑.議空調(diào)水系統(tǒng)的餡變壓差變流量芒控徹制夏.拘全國暖通空調(diào)擱制桂冷據(jù)200酬0棄年學(xué)術(shù)年會誦，痕200紐0圾：貫91勉4練～扮917欣[2]宏非邵世凡，恩莉憶，有擴勇歲.移水泵的變壓變鵲流量的自動控配制首.喉基礎(chǔ)自動化困，叮