CN110878974B - 一种热源塔系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热源塔系统控制方法，具体步骤为：制热模式：冬季为用户提供35～45℃热水；回收模式：制热与制冷交替季节，浓缩装置以及盐溶液与乙二醇回收，更换系统盐溶液以及乙二醇为水；制冷模式：夏季为用户提供32～37℃冷冻水；强排模式：制冷与制热交替季节，排走系统内的水，补充盐溶液与乙二醇溶液；每个工作模式切换必须停机，不可在线直接切换。本发明所提供的热源塔系统控制方法，保证了系统在低温环境下安全稳定为用户提供热量。系统排放出的水为回收率99％的纯水，通过再生系统与塔侧系统以及离心机侧系统的组合为能源站提供了环保节能的一种解决方案。

Description

一种热源塔系统控制方法

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，具体涉及一种热源塔系统控制方法。

背景技术

近年来，一种新型的热泵系统已经进入人们的眼帘，即热源塔热泵系统。通过热源塔提取空气中的低品位热能供给末端用户。热源塔热泵与地源热泵和空气源热泵相比，既能克服传地源热泵系统受地域的限制的缺点，又同时避免了空气源热泵系统在冬季工况下结霜的问题。但是由于热源塔热泵在北方地区的应用并不成熟。

能源塔是利用水和空气的接触，通过从空气中吸收或释放热能，冬季制热利用冰点低于零度的载体介质，高效提取低温环境下的相对湿度较高的空气中的低品位热能，通过向能源塔热泵机组输入少量高品位能源，实现低温环境下低品位热能向高品位转移，对建筑物进行供热以及提供热水，避免了空气源热泵频繁化霜及地埋管热泵受用地条件限制的问题。夏季制冷,通过蒸发作用来散去空调中产生的废热的一种设备。

热源塔热泵系统是一种新型实用的可再生能源利用技术，适用范围非常广泛，冬季运行时供热性能系数(COP)可提高达3.0以上，夏季运行时，热源塔有数倍于传统冷却塔的蒸发量，为水体汽化蒸发冷却制冷机余热，能效比(EER)可达4.5～5.5，同时还能有效地实现热回收，提供生活热水。

现有热源塔热泵系统，冬季供暖开始前，将储液池中防冻液通过溶液泵打入塔侧系统。系统启动后，防冻液在开式塔中与空气进行换热，吸收空气中的显热和部分潜热，然后防冻液进入蒸发器释放热量后再次进入塔体与空气换热。供暖季结束时，可将塔侧系统中溶液回收至储液池，供冷季时可将塔侧系统中加入水，整个系统可作为冷水机组使用。

传统热源塔热泵系统控制方法，无法确保在低温环境下安全稳定为用户提供热量，且回水回收率较低，不利于环境保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热源塔系统控制方法，其确保在低温环境下安全稳定的为用户提供热量，且回水回收率较高，有利于环境保护。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种热源塔系统控制方法，其具体步骤如下：

制热模式：冬季为用户提供35～45℃热水；

回收模式：制热与制冷交替季节，浓缩装置以及盐溶液与乙二醇回收，更换系统盐溶液以及乙二醇为水；

制冷模式：夏季为用户提供32～37℃冷冻水；

强排模式：制冷与制热交替季节，排走系统内的水，补充盐溶液与乙二醇溶液；

每个工作模式切换必须停机，不可在线直接切换。

作为优选，所述制热模式包括下述步骤：

热源塔系统首次注液25％浓度的盐溶液与25％浓度的乙二醇运行，首次充注完成，冷源循环泵开机循环电流正常，管道压力温度正常，系统可以准备进入制热模式；在系统进入制热工作模式后，实时检测系统浓度、浓溶液箱液位。

作为优选，所述制热模式时，塔侧工艺流程如下：

浓溶液箱储存40％浓溶液，溶液主要来自人工加入和浓缩装置浓缩；初次充注到系统的溶液浓度为25％，经过浓缩后达到40％；当密度计检测到系统浓度不在设定范围内，启动浓溶液泵向系统补充浓溶液，直到浓度恢复到设定范围才可以停止补充溶液。

作为优选，所述所述制热模式时，离心机侧工艺流程如下：

乙二醇补液泵通过膨胀水箱液位计控制，初次补液液位计在停止补水位乙二醇补液泵停止补液，在补水位开始工作补液；

电动两位阀在低水位开，在高水位关。

作为优选，所述回收模式包括如下步骤：

冬季制热模式运行结束，停机；

热源塔侧：管道内盐溶液回收到浓溶液箱，可通过判断电机电流作为板换内溶液抽干的判断条件；

离心机侧：开始回收乙二醇，可通过判断电机电流作为管道内溶液抽完的依据，回收完毕停机。

作为优选，所述制冷模式包括下述步骤：

夏季运行模式在回收模式运行结束，系统注入足够量的水；

首先根据离心机设定参数计算热源塔以及风机运行数量和初始运行频率，以及循环水泵的初始最优运行频率；然后，启动循环泵；接着，延时开启离心机。

作为优选，所述强排模式包括下述步骤：

秋冬过渡季结束，手动打开排污阀排空管道里面的循环水；

排水完毕，启动盐溶液和乙二醇充注；

充注完毕，停止盐溶液和乙二醇补液泵。

本发明所提供的热源塔系统控制方法，保证了系统在低温环境下安全稳定为用户提供热量。系统排放出的水为回收率99％的纯水，通过再生系统与塔侧系统以及离心机侧系统的组合为能源站提供了环保节能的一种解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中制热模式的流程图；

图2为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中制热工况离心机侧首次充注图和塔侧首次充注图；

图3为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中定浓度模式系统浓度控制设定点的调节图；

图4为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中冷却塔风机与循环水泵负载调节示意图；

图5为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中塔侧系统开机与运行流程图；

图6为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中离心机侧开机顺序图；

图7为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中回收模式流程图；

图8为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中制冷模式流程图；

图9为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中制冷模式下离心机启动流程图；

图10为本发明实施例提供的热源塔系统控制方法中强排模式流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

热源塔系统分为大系统和独立小系统两部分。一个独立的螺杆机与小热源塔组合为独立小系统。四台热源塔与浓缩装置、离心机、循环泵组成大系统。大系统与小系统具有独立的密度计。本系统以板换为界，分为热源塔侧与离心机侧。

大系统包括(热源塔侧)热源塔、浓溶液循环泵、冷源循环泵、稀溶液循环泵、浓缩装置、盐溶液回收泵。离心机侧包括冷冻泵、源侧乙二醇循环泵、离心机热泵、乙二醇补液泵、乙二醇回收泵等。

上述大系统工作控制方法，也就是热源塔系统控制方法，其包括下述步骤：

制热模式：冬季为用户提供35～45℃热水。

回收模式：制热与制冷交替季节，浓缩装置以及盐溶液与乙二醇回收，更换系统盐溶液以及乙二醇为水。

制冷模式：夏季为用户提供32～37℃冷冻水。

强排模式：制冷与制热交替季节，排走系统内的水，补充盐溶液与乙二醇溶液。

每个工作模式切换必须停机，不可在线直接切换。

制热模式，如图1至所示。

制热工况主要设备清单：

图2为冬季运行流程图---首次注液25％浓度运行

根据图2的步骤，完成首次充注。

首次充注完成，冷源循环泵开机循环电流正常，管道压力温度正常，系统可以准备进入制热模式。在系统进入制热工作模式后，实时检测系统浓度、浓溶液箱液位等。

塔侧工艺流程简述：

浓溶液箱储存40％浓溶液，溶液主要来自人工加入和浓缩装置浓缩。初次充注到系统的溶液浓度为25％，经过浓缩后达到40％。当密度计检测到系统浓度不在设定范围内，启动浓溶液泵向系统补充浓溶液，直到浓度恢复到设定范围才可以停止补充溶液。

浓缩装置和稀溶液泵组成浓缩系统。稀溶液泵与浓缩装置的补液阀连锁，连锁阀打开稀溶液泵运行，反之关闭。由于，浓缩装置开机需要预热2小时后才能正常浓缩出液。因此，要考虑热源塔储液托盘溶液液位和浓溶液箱的液位足够三小时的补液量。浓缩装置的启停与浓溶液箱液位连锁。浓溶液箱液位在高限和低限之间，浓缩装置可以开机，液位超过高限关闭浓缩装置。

PV-1113打开延时后，(供液泵)稀溶液泵允许工作。(供液泵)稀溶液泵停止工作后延时关闭PV-1113。

浓缩装置启动与连锁：

浓溶液泵启动条件：

PV-1114打开延时后，浓溶液泵允许工作。浓溶液泵停止工作后延时关闭PV-1114。

浓溶液泵工作模式分为定浓度模式和变冰点模式：

定浓度模式：大系统浓度未到达设定浓度范围，浓溶液循环泵开始向热源塔补充浓溶液，密度计检测到系统浓度达到设定浓度范围(考虑系统补充浓溶液到检测到系统浓度达到设定范围需要一定时间)停止补液。

如图3所示，C点浓度是控制设定浓度，CD区间为维持区，DE为变冰点区(变浓度意味着变冰点)，大于E为停止补液区，BC区间为补液区，AB为报警区，A点浓度为热源塔风机降频运行触发点。

B＝C-1.5％ A＝B-1％ 维持区＝±2.5％

变浓度模式：实时检测溶液冰点和环境温度，根据设定冰点回差(-2℃)调整系统浓度(系统当前检测到主机出液温度-16℃，ipoin(-16℃)+(-2℃)＝-18℃作为补液调整点，当系统浓度调整后调整点到达目标值(-18℃)，如果30分钟后检测到(进口温度)冰点温度降到-17℃，系统重新调整调整点，调整点(-17)-热源塔液体出口温度(-12)＝-2℃，下降变化小于设定值-0.5℃，继续调整浓度，调整点(-14)-热源塔液体出口温度(-13.8)＝-0.2℃，下降变化大于设定值-0.5℃，停止浓溶液循环泵)。调整点小于35％-19℃，关闭热源塔风机，系统充注40％-20℃溶液，密度计检测到系统密度达到设定浓度，延时1小时后关闭离心机，延时五分钟关闭冷源循环泵，延时5分钟后关闭源侧乙二醇循环泵、冷冻泵，乙二醇回收泵回收离心机侧乙二醇关机。

冷源循环泵(变频泵)：运行时需要与热源塔以及主机(离心机)进行匹配，保证主机在最小工况下的额定吸热量。冷源循环泵采用温差控制(热源塔进出液设计温差3℃，单台塔冬季设计流量250m³/h。单台塔夏季设计流量250m³/h，需要根据主机吸热量确定塔运行数量)，在制冷模式或制热模式频率限幅范围15～45HZ。板换拆除后制冷模式频率限幅范围28～30HZ。热源塔进水温度受塔冷却风机与冷源循环水泵1(变频泵)共同影响，需要与塔冷却风机、塔运行数量、流量进行综合优化，保证热源塔工作在最节能换热效率工况。

为了保证主机冷却水流量，冷却水泵最低频率设定为35HZ(根据系统实际设定)，当夏季冷却水温度过高，冬季冷却水温度低时，首先增加换热塔风机的频率，当仍达不到设定值、温差较大时，增加冷却泵的频率。

热源塔风机频率达到50HZ时，仍然达不到设定值，这时就需要调节冷却水泵频率。

循环水泵在运行中因故障造成停机，离心机卸载停机、延时关闭乙二醇循环泵(JF-7)以及冷冻泵(JF-8)，然后关闭热源塔风机。根据环境温度决定是否启动回收模式。如图4所示。

热源塔风机根据主机的吸热量确定运行初始频率。控制对应风机风量，温差(以设计温差3℃为基准点)越大塔体风机频率越小，温差(以设计温差3℃为基准点)越小风机频率越大。热源塔投入运行的数量根据离心机的负荷率来调节。多台运行一段时间后，再根据每台热源塔的出液温度决定运行频率和时间。为了保证热源塔风机高效节能运行，建议风机多台中速(15～45HZ)运行，避免一台满载运行。

记录每一台塔的工作时间。最先开启工作时间最短的塔，延长使用寿命，加载过程每一台逐步加载。

q＝cm▲t

q:离心机所需析热量单位kj

c:比热容kj/kg/℃

m:流量kg/s

Δt:蒸发器进出水温差

JF-30板换处收集溶液泵：用于换季时手动开启收集板换处的溶液。

系统塔侧开机与运行流程如图5所示。

离心机侧工艺流程简述：

乙二醇补液泵通过膨胀水箱液位计(LA-3131)控制，初次补液液位计在停止补水位乙二醇补液泵停止补液，在补水位开始工作补液。电动两位阀,低水位开，高水位关。一用一备。

JF-31为乙二醇回收泵回收使用，手动开关。

冻冻水泵两台分别为螺杆机冷冻水泵(JF-9)和离心机冷冻水泵(JF-8)，开离心机前需要先确认PV-1123、PV-1112打开，管道压力(乙二醇充足)正常。启动JF-7循环泵。打开PV-1212、PV-1121，启动JF-8。JF-8启动无故障，主机靶流开关信号正常延时后启动主机。

离心机侧开机顺序如图6所示。

如图7所示，回收模式包括如下步骤：

冬季制热模式运行结束，停机。

超低温严寒天气，溶液有可能结冰。启动回收保证系统安全。

热源塔侧：管道内盐溶液通过JF-30回收到浓溶液箱，可通过判断电机电流作为板换内溶液抽干的判断条件。

离心机侧：PV-1123、PV-1112打开，乙二醇回收泵JF-31启动，开始回收乙二醇，可通过判断电机电流作为管道内溶液抽完的依据。回收完毕停机。

回收模式主要设备清单：

名称	代号	规格	备注
				电磁阀	PV-1111
电磁阀	PV-1112
				电磁阀	PV-1123
循环泵	JF-30
				循环泵	JF-31

如图8和图9所示，制冷模式包括下述步骤：

夏季运行模式在回收模式运行结束，系统注入足够量的水。首先根据离心机设定参数计算热源塔以及风机运行数量和初始运行频率，以及循环水泵的初始最优运行频率。然后打开PV-1121，启动循环泵JF-6-1。然后打开PV-1123，启动JF-8，延时开启离心机。

制冷模式主要设备清单：

如图10所示，强排模式的具体步骤如下：

秋冬过渡季结束，手动打开排污阀排空管道里面的循环水。排水完毕，启动盐溶液和乙二醇充注。充注完毕，停止盐溶液和乙二醇补液泵。

强排模式主要设备清单：

上述热源塔系统控制方法，保证了系统在低温环境下安全稳定为用户提供热量。系统排放出的水为回收率99％的纯水，通过再生系统与塔侧系统以及离心机侧系统的组合为能源站提供了环保节能的一种解决方案。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (3)

1.一种热源塔系统控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

制热模式：冬季为用户提供35～45℃热水；

回收模式：制热与制冷交替季节，浓缩装置以及盐溶液与乙二醇回收，更换系统盐溶液以及乙二醇为水；

制冷模式：夏季为用户提供32～37℃冷冻水；

强排模式：制冷与制热交替季节，排走系统内的水，补充盐溶液与乙二醇溶液；

每个工作模式切换必须停机，不可在线直接切换；

所述回收模式包括如下步骤：

冬季制热模式运行结束，停机；

热源塔侧：管道内盐溶液回收到浓溶液箱，可通过判断电机电流作为板换内溶液抽干的判断条件；

离心机侧：开始回收乙二醇，可通过判断电机电流作为管道内溶液抽完的依据，回收完毕停机；

所述强排模式包括下述步骤：

秋冬过渡季结束，手动打开排污阀排空管道里面的循环水；

排水完毕，启动盐溶液和乙二醇充注；

充注完毕，停止盐溶液和乙二醇补液泵；

所述制热模式包括下述步骤：

热源塔系统首次注液25％浓度的盐溶液与25％浓度的乙二醇运行，首次充注完成，冷源循环泵开机循环电流正常，管道压力温度正常，系统可以准备进入制热模式；在系统进入制热工作模式后，实时检测系统浓度、浓溶液箱液位；

所述制热模式时，塔侧工艺流程如下：

浓溶液箱储存40％浓溶液，溶液主要来自人工加入和浓缩装置浓缩；初次充注到系统的溶液浓度为25％，经过浓缩后达到40％；当密度计检测到系统浓度不在设定范围内，启动浓溶液泵向系统补充浓溶液，直到浓度恢复到设定范围才可以停止补充溶液；

浓溶液泵工作模式分为定浓度模式和变冰点模式：

定浓度模式：热源塔系统浓度未到达设定浓度范围，浓溶液循环泵开始向热源塔补充浓溶液，密度计检测到系统浓度达到设定浓度范围停止补液；

变冰点模式：

实时检测溶液冰点和环境温度，根据设定冰点回差-2℃调整系统浓度，系统当前检测到主机出液温度-16℃，-18℃作为补液调整点，系统浓度调整后调整点到达目标值-18℃，如果30分钟后检测到冰点温度降到-17℃，系统重新调整调整点，当调整点为-17℃，热源塔液体出口温度为-12℃时，调整点与热源塔液体出口温度的差值为-5℃，所述差值即下降变化值小于设定值-0.5℃，继续调整浓度；当调整点为-14℃，热源塔液体出口温度为-13.8℃时，所述差值为-0.2℃，所述差值即下降变化值大于设定值-0.5℃，停止浓溶液循环泵；

当调整点小于-19℃，-19℃时的溶液浓度为35％，关闭热源塔风机；系统充注-20℃溶液，-20℃时的溶液浓度为40％，密度计检测到系统浓度达到设定浓度，延时1小时后关闭离心机，延时5分钟关闭冷源循环泵，延时5分钟后关闭源侧乙二醇循环泵、冷冻泵，乙二醇回收泵回收离心机侧乙二醇后关机。

2.根据权利要求1所述的热源塔系统控制方法，其特征在于，所述制热模式时，离心机侧工艺流程如下：

乙二醇补液泵通过膨胀水箱液位计控制，初次补液液位计在停止补水位乙二醇补液泵停止补液，在补水位开始工作补液；

电动两位阀在低水位开，在高水位关。

3.根据权利要求1所述的热源塔系统控制方法，其特征在于，所述制冷模式包括下述步骤：

夏季运行模式在回收模式运行结束，系统注入足够量的水；

首先根据离心机设定参数计算热源塔以及风机运行数量和初始运行频率，以及循环水泵的初始最优运行频率；然后，启动循环泵；接着，延时开启离心机。

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