CN105485830B - 地源热泵的恒温、节能控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种地源热泵的恒温、节能控制系统及其控制方法，属于地源热泵控制技术领域，它是在现有地源热泵控制系统的基础上，增加室内温度传感器和室外环境温度传感器，通过室温、使用侧水温传感器检测的温度，双控地源热泵机组的运行与停止；当地源热泵机组供暖达到设定的室内温度整体停机后，控制器控制机组自动运行在“保温防冻模式”，“保温防冻模式”是通过室外环境温度传感器检测的温度，控制机组间歇运行，维持室内温度恒定；本控制器还设有“冬季假期防冻”，解决冬季节假日，运行机组费电，停止机组怕冻的问题。上述旨在满足恒温供暖的前提下，调节机组运行工况提高压缩机效率，减少了地源热泵机组不必要的运行，适用于各型的地源热泵机组。

Description

地源热泵的恒温、节能控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于地源热泵控制技术领域中一种地源热泵的控制系统及控制方法。

背景技术

随着地源热泵的不断发展和广泛应用，对地源热泵控制系统的技术要求也越来越高。现有地源热泵系统主要包括：1.地源热泵主机；2.地源热泵微电脑控制系统；3.使用侧循环水泵；4.热源水泵；5.水处理设施；6.使用侧管网及室内散热器；7.热源侧管网及热源井、回水井或埋管式地下换热器等组成。在公知技术中，由于地源热泵控制系统的控制方法不合理，造成地源热泵供暖制冷系统存在耗能大、室温不恒定等缺点，仅以供暖一实际例说明：地源热泵机组的机电设备主要包括压缩机、热源水泵、使用侧循环水泵的运行或停止，只受控于使用侧水温。例如：地源热泵机组设定使用侧水温≤40℃运行、≥45℃停机，则使用侧水温≤40℃时，使用侧循环水泵、热源水泵、压缩机依次运行，当使用侧水温≥45℃时，压缩机、热源水泵停机，而使用侧循环水泵继续运行，运行至使用侧水温≤40℃时，热源水泵、压缩机再次进入运行状态，地源热泵机组不考虑室内温度如何，如此周而复始；对于大型地源热泵机组，通常需要有人值守，室内温度的控制，主要靠值守人员的经验来掌握，工作人员需根据气候条件，估计一天内机组需运行几次，一次需运行几小时，手动控制地源热泵机组的开或停，室内温度的高、低和用电量，取决于值守人员的判断力和责任心；对于无人值守的中小型地源热泵系统，地源热泵机组工作在使用侧水温40℃～45℃之间，使用侧循环水泵24小时不间断的运行，在气候温度高时，就使得所供室内温度过高，造成耗电量大、机组磨损较大；有的通过使用地源热泵微电脑控制器的定时功能，让地源热泵机组定时运行在一个或几个固定的时段内，减少机组运行时间来达到节约电能的目的。因此，现有技术的缺点是：(1)地源热泵机组工作在使用侧水温40℃-45℃之间，平均能效比低；(2)对于有人值守的情况，受人为因素影响，室内温度和耗电量主要取决于工作人员的判断力和责任心；(3)对于无人值守的情况，地源热泵机组只受控于使用侧水温，机组累计运行时间很长，累计停机时间很短，而且使用侧循环泵24小时不间断工作，造成气候温度高时，室内温度过高，既浪费电能，又造成设备磨损；(4)地源热泵机组定时工作时，由于地源热泵机组工作在预设的固定时段内，很难保证室内温度的恒定，气候温度高时，室内温度过高，浪费电能，气候温度低时，室内温度又达不到要求，且定时停机时间过长，又易造成管道、水泵、机组等设备出现冻结、冻坏情况，给使用带来不便。

发明内容

本发明之目的是提供一种能自动控制供暖建筑物室温恒定，节省电能，停机后自动防冻，冬季节假日防冻，机组出现故障时自动停机报警并以文字形式详细显示机组故障类型及解决方案的地源热泵控制系统及其控制方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种地源热泵的恒温、节能控制系统，它设有：地源热泵主机、地源热泵微电脑控制器、使用侧循环水泵、热源水泵，地源热泵微电脑控制器所连的温度传感器包括供暖室内温度传感器、使用侧给水温度传感器、使用侧回水温度传感器、地源热泵主机内环境温度传感器、热源出水温度传感器、热源进水温度传感器、冷凝器温度传感器、蒸发器温度传感器、室外环境温度传感器，各温度传感器分别连接地源热泵微电脑控制器主控电路板的温度输入端口；地源热泵微电脑控制器的主控电路板开关量输入端口分别对应连接相序、断相继电器，压缩机吸气压力、排气压力继电器，使用侧水流量开关、热源侧水流量开关、压缩机过热继电器，使用侧循环水泵、热源水泵动力电机的过热继电器，微电脑控制器的主控电路板输出端口分别连接驱动压缩机、使用侧循环水泵、热源水泵的交流接触器的驱动线圈。

上述地源热泵的恒温、节能控制系统，所述地源热泵微电脑控制器包括：主控电路板U1、直流稳压电源模块U2、温度传感器WR1-9、继电器输出模块U3、液晶显示及操控模块U4、继电器开关量输入模块U5；开关量输入继电器包括：相序断相继电器，压缩机吸气压力、排气压力继电器，使用侧水流量开关、热源侧水流量开关、压缩机过热继电器，使用侧循环水泵、热源水泵动力电机过热继电器；直流稳压电源模块U2为输入AC220V、输出直流稳压电源给控制器各模块提供电源；主控电路板的P1-10温度输入端口分别对应连接温度传感器WR1-9，主控电路板的P31-33端口连接直流稳压电源模块U2，主控电路板的P21-30继电器输出端口连接继电器输出模块U3，主控电路板的P34-36端口连接液晶显示及操控模块U4，主控电路板的P11-20继电器输入端口分别对应连接使用侧水流量开关K1、压缩机排气压力开关K2、压缩机吸气压力开关K3、热源侧水流量开关K4和相序、断相继电器J1，继电器输出模块U3的交流接触器分别连接使用侧循环水泵SHB、热源水泵RSB和压缩机YSJ。

上述地源热泵的恒温、节能控制系统，所述地源热泵微电脑控制器连接的温度传感器增加的是室内温度传感器和室外环境温度传感器，地源热泵机组同时受控于探测温度的室内温度传感器、室外环境温度传感器、使用侧水温传感器。

上述地源热泵的恒温、节能控制系统，所述地源热泵微电脑控制器还设定有：“恒温供暖”、“恒温制冷”、“保温防冻”、“假期防冻”和机组故障时自动停机报警、并以文字显示故障类型和解决方案。

上述地源热泵的恒温、节能控制系统，所述地源热泵微电脑控制器还设有供暖定时开关机、制冷定时开关机、室内温度设定、使用侧水温设定、故障查询、实时数据查询功能，并设有系统各温度参数设定、各时间参数设定功能，还设有手动控制、快速调试功能，又设有调整温度传感器偏差、输入开关量转换、时钟设定等功能。

上述地源热泵的恒温、节能控制方法是：

a.地源热泵机组的运行与停止，受控于室内温度传感器和使用侧给水温度传感器(或使用侧回水温度传感器)探测的温度，以“恒温供暖”为例：设定室温20±1℃、设定使用侧给水温度40℃-45℃，当室温≤19℃且使用侧给水温度同时≤40℃时，使用侧循环水泵、热源水泵、压缩机依次运行，当使用侧给水温度≥45℃时，压缩机、热源水泵依次停机，使用侧循环水泵继续运行；当地源热泵机组工作至室内温度达到21℃时，压缩机、热源水泵、使用侧循环水泵依次停机；停机至室温再次降低到19℃，机组重新启动，在气候温度低时，机组工作在使用侧水温20℃-45℃之间，在气温高时，地源热泵机组工作在使用侧水温20℃-35℃之间，室温就可达21℃，这时由于冷凝温度低，能效比高；

b.地源热泵机组工作到室内温度到达设定温度停机后，地源热泵微电脑控制器控制机组自动运行在“保温防冻模式”，根据室外环境温度传感器探测的温度控制机组每间隔1-3小时自动运行10-30分钟，外部气温高则运行时间相对短、停机时间相对长，外部气温低则运行时间相对长、停机时间相对短，在“保温防冻模式”下，室内温度恒定、地源热泵水系统安全不冻结，地源热泵机组工作在使用侧水温20-30℃之间，由于冷凝温度(压力)低能效比可达5.5-5.9；

c.在冬季节假日里，可设定机组工作在“假期防冻模式”；地源热泵机组在定时工作情况，机组定时停机后，地源热泵微电脑控制器控制机组自动工作在“假期防冻模式”。“假期防冻模式”的工作流程是：地源热泵机组根据室外环境温度传感器探测的温度，控制机组每间隔1-3小时自动运行10-20分钟，外部气温高则运行时间相对短、停机时间相对长，外部气温低则运行时间相对长、停机时间相对短，保证地源热泵水系统不冻结；

d.地源热泵机组出现故障时，地源热泵微电脑控制器控制机组自动停机、报警、并以文字形式详细显示故障类型及解决方案。

使用时，将本地源热泵恒温、节能控制系统装设在地源热泵机组上，它可根据室内温度和使用侧水温控制地源热泵机组自动运行。冬季，地源热泵机组从地源(浅层水体或岩土体)中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地下，实现建筑物空调制冷。地源热泵机组受控于室内温度、气候温度和使用侧水温度，区别于现有技术机组只受控于使用侧水温。这样减少了不必要的运行，提高了压缩机效率，节省了电能，保证了室内温度恒定。

总之，本发明有四个特点：

ⅰ、通过在使用侧水温控制的基础上，增加了室内温度控制，比现有地源热泵控制技术减少机组运行时间40-60％、且可自动调压缩机的运行工况，实现了室内恒温、节省了电能，而且由于机组运行时间短，减少了垂直埋管换热器负担，提高了热源出水温度即提高了蒸发温度，从而提高了能效比；

ⅱ、通过“保温防冻模式”根据室外环境温度情况控制机组间歇运行，实现了室内恒温、防冻等功能，且在“保温防冻模式”下，冷凝温度低能效比高；

ⅲ、通过“假期防冻模式”根据室外环境温度情况控制机组间歇运行，在用电量很少的前提下，保证了地源热泵水系统安全不冻结；

ⅳ、故障报警，明确故障类型，文字详细表述解决方案；

由于本发明设计采用了上述技术方案，亦经过多年试验试用结果表明，它与现有技术相比，具有自动控制所供暖的建筑物室温恒定，节省电能，停机后自动保温防冻，节假日防冻，机组出现故障时自动停机报警并以文字形式详细显示机组故障类型及其解决方案等优点，适用于各型的地源热泵。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

附图1是本发明实施例的具体结构简图。

附图2是本发明的原理电路图。

附图中各标号为：1地源热泵主机；2使用侧循环水泵(SHB)；3使用侧回水温度传感器(WR1)；4冷凝器；5供暖室内散热器；6供暖室内温度传感器(WR2)；7使用侧给水温度传感器(WR3)；8地源热泵微电脑控制器；9地源热泵主机内环境温度传感器(WR4)；10压缩机(YSJ)；11冷凝温度传感器(WR7)；12蒸发器；13热源出水温度传感器(WR6)；14垂直埋管地下换热器；15热源水泵(RSB)；16热源进水温度传感器(WR5)；17膨胀阀；18过滤器；19蒸发温度传感器(WR8)；20液气分离器；21使用侧水流量开关；22压缩机排气压力开关；23压缩机吸气压力开关；24热源侧水流量开关；25室外环境温度传感器(WR9)；J1相序断相继电器；U1控制器主控电路板，U2直流稳压电源模块；U3继电器输出模块；U4液晶显示及操控模块；U5继电器开关量输入模块。

具体施实方式

如附图1所示实施例，本发明设有：地源热泵主机1、使用侧循环泵2、供暖散热器5、地源热泵控制器8、垂直埋管地下换热器14、热源水泵15。地源热泵微电脑控制器8的温度输入端口P1-10分别对应连接各温度传感器包括供暖室内温度传感器6装设在地源热泵机组所供暖建筑物的室内，用以通过它检测的室内温度控制机组运行与停止，使用侧给水温度传感器7、使用侧回水温度传感器3、地源热泵主机内环境温度传感器9、热源出水温度传感器13、热源进水温度传感器16、冷凝温度传感器11、蒸发温度传感器19、室外环境温度传感器25装设在地源热泵机组所供暖建筑物外部，用以通过它检测的气候温度控制机组在“保温防冻”、“假期防冻”模式下间歇运行；地源热泵微电脑控制器的开关量输入端口P11-20分别对应连接各开关量继电器包括相序断相继电器J1，压缩机吸气压力继电器K3、排气压力继电器K2，使用侧水流量开关K1、热源侧水流量开关K4、压缩机过热继电器，使用侧循环水泵、热源水泵动力电机的过热继电器等；主控电路板的继电器输出端口P21-30分别连接驱动压缩机、使用侧循环水泵和热源水泵等交流接触器的驱动线圈，用以控制压缩机、热源水泵、使用侧循环水泵等电气设备启停。

参见附图2实施例，本发明的地源热泵微电脑控制器包括：主控电路板U1、直流稳压电源模块U2、九个温度传感器WR1-9、继电器输出模块U3、液晶显示及操控模块U4、继电器开关量输入模块U5；直流稳压电源模块U2为：输入AC220V、输出直流稳压电源给各模块提供直流稳压电源；主控电路板的P1-10温度输入端口分别对应连接温度传感器WR1-9，主控电路板的P31-33端口连接直流稳压电源模块U2，主控电路板的P21-30继电器输出端口连接继电器输出模块U3，主控电路板的P34-36端口连接液晶显示及操控模块U4，主控电路板的P11-20继电器输入端口分别对应线连接使用侧水流量开关K1、压缩机排气压力开关K2、压缩机吸气压力开关K3、热源侧水流量开关K4和相序、断相继电器J1，继电器输出模块U3的交流接触器分别连接使用侧循环水泵SHB、热源水泵RSB和压缩机YSJ等。

参考附图2实施例，本发明的地源热泵微电脑控制器分别设有“恒温供暖”、“恒温制冷”、“保温防冻”、“假期防冻”和机组故障时自动停机报警、文字显示故障类型和解决方案。

参照附图2实施例，本发明的地源热泵微电脑控制器分别设有供暖定时开关机、制冷定时开关机、室内温度设定、使用侧水温设定、故障查询、实时数据查询功能，并设有系统各温度参数设定、各时间参数设定功能，还设有手动控制、快速调试功能，又设有调整温度传感器偏差、开关量转换、时钟设定功能。

结合附图对本发明的地源热泵恒温、节能控制方法作进一步说明：

a.地源热泵机组的运行与停止，受控于室内温度传感器WR2和使用侧给水温度传感器WR3(或使用侧回水温度传感器WR1)探测的温度，以冬季供暖为例，设定室温20±1℃、设定使用侧给水温度40℃-45℃，当室温≤19℃且使用侧给水温度同时≤40℃时，使用侧循环水泵2、热源水泵15、压缩机10依次运行，当使用侧出水温度≥45℃时，压缩机10、热源水泵15依次停机，使用侧循环水泵2继续运行；当地源热泵机组工作至室内温度达到21℃时，压缩机10、热源水泵15、使用侧循环水泵2依次停机；经过一段时间停机，室温再次降低到19℃，机组重新启动，这时，在气候温度低的情况，机组工作在使用侧水温20℃-45℃之间，在气温高的情况，地源热泵机组工作在使用侧水温20℃-35℃之间，室温就可达到21℃，总之，同时满足室温、水温两条件开机，满足室温、水温其中一个条件就停机，机组累计运行时间比现有技术缩短40-60％、且平均能效比高；

b.地源热泵工作到室内温度到达设定温度整机停机后，地源热泵微电脑控制器8控制机组自动运行在“保温防冻模式”根据机组室外环境温度传感器25探测的温度，本实施例的地源热泵机组每间隔3小时自动运行20分钟，在“保温防冻模式”下，地源热泵机组工作在使用侧水温20-30℃之间，由于此时冷凝温度很低，能效比可高达5.7,且可保证水系统不冻结；

c.在节假日和机组定时停机后，地源热泵微电脑控制器8控制机组运行在“假期防冻模式”地源热泵机组根据室外环境温度传感器25探测的温度，地源热泵机组每间隔2小时自动运行20分钟，防止地源热泵供暖水系统冻结；

d.地源热泵机组出现故障时，地源热泵微电脑控制器8控制机组自动停机并报警、并以文字形式详细显示故障类型及解决方案，为用户和厂家售后人员提供方便。

Claims (3)

1.一种地源热泵的恒温、节能控制系统，它设有地源热泵主机(1)、地源热泵微电脑控制器(8)、使用侧循环水泵(2)、压缩机(10)、热源水泵(15)，地源热泵微电脑控制器(8)所连有的温度传感器包括供暖室内温度传感器(6)、使用侧给水温度传感器(7)、使用侧回水温度传感器(3)、地源热泵主机内环境温度传感器(9)、热源出水温度传感器(13)、热源进水温度传感器(16)、冷凝器温度传感器(11)、蒸发器温度传感器(19)、室外环境温度传感器(25)，各温度传感器分别连接地源热泵微电脑控制器主控电路板的温度输入端口；地源热泵微电脑控制器的主控电路板开关量输入端口分别对应连接相序、断相继电器，压缩机吸气压力、排气压力继电器，使用侧水流量开关、热源侧水流量开关、压缩机过热继电器，使用侧循环水泵、热源水泵动力电机的过热继电器，微电脑控制器的主控电路板输出端口分别连接驱动压缩机、使用侧循环水泵、热源水泵的交流接触器的驱动线圈；其特征在于，地源热泵微电脑控制器(8)还分别设定有“恒温供暖”、“恒温制冷”、“保温防冻”、“假期防冻”和机组故障时自动停机报警、文字显示故障类型和解决方案、供暖定时开关机、制冷定时开关机、室内温度设定、使用侧水温设定、故障查询、实时数据查询模式，并设有系统各温度参数设定、各时间参数设定模式，还设有手动控制、快速调试模式，又设有调整温度传感器偏差、输入开关量转换、时钟设定模式。

2.根据权利要求1所述的地源热泵的恒温、节能控制系统，其特征在于，本地源热泵微电脑控制器(8)包括：主控电路板(U1)、直流稳压电源模块(U2)、温度传感器(WR1-9)、继电器输出模块(U3)、液晶显示及操控模块(U4)、继电器开关量输入模块(U5)；开关量输入继电器包括：相序断相继电器，压缩机吸气压力、排气压力继电器，使用侧水流量开关、热源侧水流量开关、压缩机过热继电器，使用侧循环水泵、热源水泵动力电机过热继电器；直流稳压电源模块(U2)为输入AC220V、输出直流稳压电源给控制器各模块提供电源；主控电路板的P1-10温度输入端口分别对应连接温度传感器(WR1-9)，主控电路板的P31-33端口连接直流稳压电源模块(U2)，主控电路板的P21-30继电器输出端口连接继电器输出模块(U3)，主控电路板的P34-36端口连接液晶显示及操控模块(U4)，主控电路板的P11-20继电器输入端口分别对应连接使用侧水流量开关(K1)、压缩机排气压力开关(K2)、压缩机吸气压力开关(K3)、热源侧水流量开关(K4)和相序、断相继电器(J1)，继电器输出模块(U3)的交流接触器分别连接使用侧循环水泵(SHB)、热源水泵(RSB)和压缩机(YSJ)。

3.根据权利要求1或2所述的地源热泵的恒温、节能控制系统，其特征在于，本地源热泵的恒温、节能控制方法是：

a.地源热泵机组的运行与停止，受控于供暖室内温度传感器(6)和使用侧给水温度传感器(7)探测的温度，冬季供暖设定室温20±1℃、设定使用侧给水温度40℃-45℃，当室温≤19℃且使用侧给水温度同时≤40℃时，使用侧循环水泵(2)、热源水泵(15)、压缩机(10)依次运行，当使用侧出水温度≥45℃时，压缩机(10)、热源水泵(15)依次停机，使用侧循环水泵(2)继续运行；当地源热泵机组工作至室内温度达到21℃时，压缩机(10)、热源水泵(15)、使用侧循环水泵(2)依次停机；停机至室温再次降低到19℃，机组重新启动，在气候温度低的情况，机组工作在使用侧水温20℃-45℃之间，在气温高的情况，地源热泵机组工作在使用侧水温20℃-35℃之间，室温就可达到21℃；

b.地源热泵工作到室内温度到达设定温度整机停机后，地源热泵微电脑控制器(8)控制机组自动运行在“保温防冻模式”，根据室外环境温度传感器(25)探测的温度，控制机组每间隔1-3小时自动运行10-30分钟，在“保温防冻模式”下，地源热泵机组工作在使用侧水温20-30℃之间，且可保证水系统安全不冻结；

c.在节假日和机组定时停机后，地源热泵微电脑控制器(8)控制机组运行在“假期防冻模式”，地源热泵机组根据室外环境温度传感器(25)探测的温度，控制机组每间隔1-3小时自动运行10-20分钟，防止地源热泵水系统冻结；

d.地源热泵机组出现故障时，地源热泵微电脑控制器(8)控制机组自动停机并报警、并以文字形式详细显示故障类型及解决方案。