CN106958925A - 土壤换热区域热平衡监测报警控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤换热区域热平衡监测报警控制系统，包括：热平衡监测报警控制器，控制器通过收集总管流量信号和进、回水温度值，计算地源部分总的换热量，并和预设换热量比较，如超过预设值则报警。热平衡监测报警控制器收集分水器各分管温度和集水器各分管温度，分析每对分管的进出水温差，对于温差比较小的分管，则调节此分管上的调节阀开度，减少进水量，保持此分管的温差值和各分管的平均温差值基本相当，如果减少水流量温差仍然比较小，则关闭此分管。

Description

土壤换热区域热平衡监测报警控制系统

技术领域

本发明涉及一种土壤换热区域热平衡监测报警控制系统。

背景技术

地源热泵是通过利用浅层土壤中的冷热量为建筑物供冷、供热的技术。众所周知，地表之下浅层土壤的温度一年四季基本保持恒定，在夏季，地下的温度比空气低，可以利用其为建筑物提供冷量，冬季地下的温度则比空气高，可以用来为建筑物供热，因此地源热泵是一种高效、节能、环保的可再生能源，但是土壤的热导率不是无限的，一段时间内某个区域的土壤蓄热量有一定的限制，一个区域进入过多的热量或冷量会造成此区域热平衡被破坏，土壤板结、热导率下降，蓄热能力下降等，最后导致整个地源热泵系统土壤源部分完全失效。

地源热泵与土壤的换热是通过水作为介质进行的，为了增加换热面积，在需要换热的区域按一定的间距打数百或数千口数十米深的换热井，在换热井内放置U型换热管，水从换热管通过完成换热过程。

由于换热井数量多，需要按一定数量和区域进行编组，汇入总管进入空调主机进行热交换，由于每组换热井的换热能力有一定差别，因此需要对每组换热井进行热平衡控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种成本低、实用性强、能耗低且使用方便的土壤换热区域热平衡监测报警控制系统。

为达到上述发明目的，本发明土壤换热区域热平衡监测报警控制系统，包括：

连通各换热井的多根回水分管、多根进水分管，多根所述进水分管连通至进水总管，多根所述回水分管连通至回水总管，所述回水总管上设有第一回水温度传感器，各所述回水分管上设有第二回水温度传感器，所述进水总管上设有第一进水温度传感器，各所述进水分管上设有第二进水温度传感器；所述各回水分管上分别设有电动调节阀；

还包括与所述的第一回水温度传感器、第二回水温度传感器、第一进水温度传感器、第二进水温度传感器连接的热平衡检测报警装置，所述热平衡检测报警装置用于实时获取第一回水温度传感器输出的第一回水温度值，第一进水温度传感器输出的第一进水温度值，计算第一回水温度值与第一进水温度值差值的绝对值，该绝对值为第一绝对值，判断第一绝对值是否在预定的第一温度阈值范围内，

若第一绝对值在预定的第一温度阈值范围内，则不做处理；

若第一绝对值不在预定的第一温度阈值范围内，则发出报警信息，关闭所述各回水分管上的电动调节阀；

所述热平衡检测报警装置还用于实时获取各第二回水温度传感器输出的第二回水温度值，各第二进水温度传感器输出的第二进水温度值，计算第二回水温度值与第二进水温度值差值的绝对值，该绝对值为第二绝对值，判断第二绝对值是否在预定的第二温度阈值范围内，

若第二绝对值在预定的第二温度阈值范围内，则不做处理；

若第二绝对值不在预定的第二温度阈值范围内，则发出报警信息，关闭该回水分管上的电动调节阀；

若第二绝对值＜1，则发出报警信息，关闭该回水分管上的电动调节阀。

进一步地，所述回水总管上设有流量传感器。

进一步地，所述回水总管上设有水泵。

进一步地，室外气温低于10℃，进水总管温度5.5~7.5℃，回水温度11.5~13℃,第一温度阈值为4至8℃；

室外气温大于等于10℃，进水温度34~43℃，回水温度27~34℃，第一温度阈值为0至16℃；

第二温度阈值范围为[m，n]，所述的第二温度阈值范围根据第一绝对值确定，n=第一绝对值+2，若第一绝对值＞2，则m=第一绝对值-2，若第一绝对值＜2，则m=0。

借由上述方案，本发明土壤换热区域热平衡监测报警控制系统至少具有以下优点：

本发明防止土壤源的过度使用，控制器集监测和应急处理控制于一体，直接和检测原件及执行器连接，设置好参数即可运行，调试简单，报警及时反馈到客户端，并且控制器能够自行处理，减少用户损失。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明土壤换热区域热平衡监测报警控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

众所周知，空调制冷、制热的过程其实是通过热交换实现的，夏季需要将建筑物内的热量置换出来，然后将等量的热量散发到空气或土壤中；冬季则是将建筑物内的冷量置换出来，然后将冷量散发到空气或土壤中，根据能量守恒定律，建筑物内的冷、热量被置换出来多少，那么就有多少冷、热量被置换到空气或土壤中，本发明主要针对的是地源热泵，就是将建筑物内被置换出来的冷、热量散发到土壤中的热交换形式；

建筑物在设计时会考虑建筑物的使用情况、办公人数、所在位置的气象条件等，计算建筑物在不同条件下的换热需求量，其最大值就是地源热泵系统换热井设计换热量的依据；根据以下热量计算公式：

Q=Cp·r·Vs·△T

Q:热负荷(KW)

Cp:定压比热(KJ/kg.℃)

r:比重(Kg/m3)

Vs:水流量(m3/h)

△T:水温差(℃)…△T=T2(出入温度)-T1(进水温度)

即可以换算为流量、温差等数值，对进、回水温度、流量进行时时监测，防止超过设计值。

在系统运行过程中，由于需要和土壤进行热交换，因此进水和回水之间有温度差，根据经验，冬季运行，地下埋管，进水温度5.5~7.5℃（平均7.15℃），回水温度11.5~13℃（平均12.13℃,温差5℃左右）；夏天运行，地下埋管进水温度34~43℃（平均41.48℃），回水温度27~34℃（平均32.3℃），温差9℃左右。但是以上数据为理想状况，在实际运行中，当地的地质条件、室外干球温度、建筑物实际使用情况等都会对地源进回水产生影响，但是总体原则是大温差、小流量，大温差会提高换热效率，小流量则节约能量。

对于每一个分管来说，其温差应该和总管的温差保持基本一致，一方面各个分管的温差应该和总管温差进行比较，另一方面，需要计算所有分管的平均温差，如果此分管的温差和总管温差及各分管温差的平均值基本相当，则此分管属于正常状态；如果分管的进回水温差与总管进回水温差或者各分管平均进回水温差比较，温度相差2℃以上，则判定此分管异常，提醒用户检查，如果温差在3℃以上，并且持续时间10分钟以上，则判定此分管有故障，同时关闭此分管的回水阀。如果分管的进回水之间的温差小于1℃，则判定此分管的换热效率过低，则关闭此分管的阀门，同时提醒用户维修。

实施例

如图1所示，本实施例土壤换热区域热平衡监测报警控制系统，包括：

连通各换热井3的多根回水分管16、多根进水分管21，多根所述进水分管连通至进水总管2，多根所述回水分管连通至回水总管1，所述回水总管上设有第一回水温度传感器12，各所述回水分管上设有第二回水温度传感器13，所述进水总管上设有第一进水温度传感器22，各所述进水分管上设有第二进水温度传感器23；所述各回水分管上分别设有电动调节阀15；

还包括与所述的第一回水温度传感器、第二回水温度传感器、第一进水温度传感器、第二进水温度传感器连接的热平衡检测报警装置4，所述热平衡检测报警装置用于实时获取第一回水温度传感器输出的第一回水温度值，第一进水温度传感器输出的第一进水温度值，计算第一回水温度值与第一进水温度值差值的绝对值，该绝对值为第一绝对值，判断第一绝对值是否在预定的第一温度阈值范围内，

若第一绝对值在预定的第一温度阈值范围内，则不做处理；

若第一绝对值不在预定的第一温度阈值范围内，则发出报警信息，关闭所述各回水分管上的电动调节阀；

所述热平衡检测报警装置还用于实时获取各第二回水温度传感器输出的第二回水温度值，各第二进水温度传感器输出的第二进水温度值，计算第二回水温度值与第二进水温度值差值的绝对值，该绝对值为第二绝对值，判断第二绝对值是否在预定的第二温度阈值范围内，

若第二绝对值在预定的第二温度阈值范围内，则不做处理；

若第二绝对值不在预定的第二温度阈值范围内，则发出报警信息，关闭该回水分管上的电动调节阀；

若第二绝对值＜1，则发出报警信息，关闭该回水分管上的电动调节阀15。

进一步地，所述回水总管上设有流量传感器14。所述回水总管上设有水泵17。

室外气温低于10℃，进水总管温度5.5~7.5℃，回水温度11.5~13℃,第一温度阈值为4至8℃；

室外气温大于等于10℃，进水温度34~43℃，回水温度27~34℃，第一温度阈值为0至16℃；

第二温度阈值范围为[m，n]，所述的第二温度阈值范围根据第一绝对值确定，n=第一绝对值+2，若第一绝对值＞2，则m=第一绝对值-2，若第一绝对值＜2，则m=0。

在一种实际情况中，在系统运行过程中，由于需要和土壤进行热交换，因此进水和回水之间有温度差，根据经验，冬季运行，地下埋管，进水温度5.5~7.5℃（平均7.15℃），回水温度11.5~13℃（平均12.13℃,温差5℃左右）；夏天运行，地下埋管进水温度34~43℃（平均41.48℃），回水温度27~34℃（平均32.3℃），温差9℃左右。但是以上数据为理想状况，在实际运行中，当地的地质条件、室外干球温度、建筑物实际使用情况等都会对地源进回水产生影响，但是总体原则是大温差、小流量，大温差会提高换热效率，小流量则节约能量。

对于每一个分管来说，其温差应该和总管的温差保持基本一致，一方面各个分管的温差应该和总管温差进行比较，另一方面，需要计算所有分管的平均温差，如果此分管的温差和总管温差及各分管温差的平均值基本相当，则此分管属于正常状态；如果分管的进回水温差与总管进回水温差或者各分管平均进回水温差比较，温度相差2℃以上，则判定此分管异常，提醒用户检查，如果温差在3℃以上，并且持续时间10分钟以上，则判定此分管有故障，同时关闭此分管的回水阀。如果分管的进回水之间的温差小于1℃，则判定此分管的换热效率过低，则关闭此分管的阀门，同时提醒用户维修。

本实施例在各换热井阵列之间的换热量调节，并对整个换热井的总换热量进行计算和监测，防止总换热量超过设计值，造成不可挽回的损失。

对每组换热井阵列进行温度监测，对于换热温差比较小的换热井阵列进行分析，如果此阵列的温差明显低于其他阵列平均值，说明此阵列的换热能力已经接近极限，应当调节此阵列的进水量，加大其他阵列的进水量，以平衡各阵列换热能力，防止某一阵列因换热量超出此阵列的极限值而造成此阵列换热能力的不可逆的下降。

本实施例热平衡监测报警控制器收集分水器各分管温度和集水器各分管温度，分析每对分管的进出水温差，对于温差比较小的分管，则调节此分管上的调节阀开度，减少进水量，保持此分管的温差值和各分管的平均温差值基本相当，如果减少水流量温差仍然比较小，则关闭此分管。

各分管上的电动调节阀受热平衡监测报警控制器控制，和相应分管上的温差连锁。热平衡监测报警控制器集成以太网接口，报警信息能够第一时间通知到用户端，并且可以在客户端设置温差范围、换热量等信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种土壤换热区域热平衡监测报警控制系统，其特征在于，包括：

连通各换热井的多根回水分管、多根进水分管，多根所述进水分管连通至进水总管，多根所述回水分管连通至回水总管，所述回水总管上设有第一回水温度传感器，各所述回水分管上设有第二回水温度传感器，所述进水总管上设有第一进水温度传感器，各所述进水分管上设有第二进水温度传感器；所述各回水分管上分别设有电动调节阀；

还包括与所述的第一回水温度传感器、第二回水温度传感器、第一进水温度传感器、第二进水温度传感器连接的热平衡检测报警装置，所述热平衡检测报警装置用于实时获取第一回水温度传感器输出的第一回水温度值，第一进水温度传感器输出的第一进水温度值，计算第一回水温度值与第一进水温度值差值的绝对值，该绝对值为第一绝对值，判断第一绝对值是否在预定的第一温度阈值范围内，

若第一绝对值在预定的第一温度阈值范围内，则不做处理；

若第一绝对值不在预定的第一温度阈值范围内，则发出报警信息，关闭所述各回水分管上的电动调节阀；

所述热平衡检测报警装置还用于实时获取各第二回水温度传感器输出的第二回水温度值，各第二进水温度传感器输出的第二进水温度值，计算第二回水温度值与第二进水温度值差值的绝对值，该绝对值为第二绝对值，判断第二绝对值是否在预定的第二温度阈值范围内，

若第二绝对值在预定的第二温度阈值范围内，则不做处理；

若第二绝对值不在预定的第二温度阈值范围内，则发出报警信息，关闭该回水分管上的电动调节阀；

若第二绝对值＜1，则发出报警信息，关闭该回水分管上的电动调节阀。

2.根据权利要求1所述的土壤换热区域热平衡监测报警控制系统，其特征在于，所述回水总管上设有流量传感器。

3.根据权利要求1所述的土壤换热区域热平衡监测报警控制系统，其特征在于，所述回水总管上设有水泵。

4.根据权利要求1所述的土壤换热区域热平衡监测报警控制系统，其特征在于，室外气温低于10℃，进水总管温度5.5~7.5℃，回水温度11.5~13℃,第一温度阈值为4至8℃；

室外气温大于等于10℃，进水温度34~43℃，回水温度27~34℃，第一温度阈值为0至16℃；

第二温度阈值范围为[m，n]，所述的第二温度阈值范围根据第一绝对值确定，n=第一绝对值+2，若第一绝对值＞2，则m=第一绝对值-2，若第一绝对值＜2，则m=0。