CN111207432A - 采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统及控制方法，包括热交换系统和动态控制系统；热交换系统上连接有动力冷却水循环系统、地源热能系统、预热系统，新风系统；动态控制系统通过控温点检测系统中各支路温度，通过电磁阀控制系统中各支路的流量。本发明通过上述结构，对各支路状态进行控制和调整，针对我国东北地区室外空气温度过低引起的地源热泵系统无法独立完成新风供暖的特殊环境，以高效利用工业生产单位机械冷却水循环系统余热为主，以地下热源系统为补充，辅以余热补偿，形成一套复合新风供暖系统。

Description

采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系 统及控制方法

技术领域

本发明创造属节能环保领域，具体涉及一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统及控制方法。

背景技术

工业动力设备运行过程中，动力设备产生的热量会被冷却系统带走并利用空冷系统将热能释放到大气中。在工业使用环境中，发动机和空压机能耗均属于一个工业单位主要能耗消耗，而效率比较低(20-40％)，大量(60-80％)能耗被以热能散失掉，而随着设备的使用磨损，有用机械效率还会继续降低，热能散失会更高，这部分能量被以冷却塔冷却形式散失掉，还要消耗冷却塔运行能量，因此，需要对其善加利用。

目前，在南方一些地区通过土壤热泵或水源热泵将地源热量进行回收，因其冬季温度保持0℃以上，且地下水源充足，因此可以满足室内空调供暖。

然而，上述技术在北方难以进行推广和应用。由于北方气候原因，冬季气候较为寒冷，户外空气介于-15℃～-30℃，单一使用地源热能系统为新风系统提供热交换，受到地下水源热量或地源热量制约，同时，由于地源热能系统温度不高，往往无法提供足够的热能或吸收足够的热能，尤其在东北地区户外温度较低的环境，效果差强人意。

本专利将冷却系统循环水中的热量回收，并结合地下热源系统循环水进行升温补热，提高空调供暖效果，使得新风空调在冬季也可以进行新风供给，比传统新风系统节能50％以上，同时解决研发楼冬季室内负压的问题。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明创造提供一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统及控制方法

一种用于气体绝缘开关腔体内快速设置局部放电试验模型，为了解决目前气体绝缘开关腔体内局部放电缺陷布置复杂，更换困难的问题。

为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：包括热交换系统和动态控制系统；热交换系统上连接有动力冷却水循环系统、地源热能系统、预热系统，新风系统；所述的动力冷却水循环系统和地源热能系统分别与热交换系统之间进行热交换，所述的预热系统通对热交换系统进行辅助加热，所述的热交换系统中的热能通过新风系统输出；动态控制系统通过控温点检测系统中各支路温度，通过电磁阀控制系统中各支路的流量。

所述的地热源系统与热交换系统之间的支路上设有：地源热泵流量监测及控制阀A和地源热水温控点B。

所述的预热系统与热交换系统之间的支路上设有：预热风温控点C和预热风流量监测及控制阀I。

所述的冷却水循环系统与热交换系统之间的支路上设有：动力冷却水冷水温控点E、动力冷却水热水流量监测及控制阀F、动力冷却水热水温控点G，动力冷却水冷水温控点H。

所述的热交换系统与新风系统之间的支路上设有：输出风温控点D和输出风流量监测及控制阀J；新风系统的热能输出端设有：输出风流量监测及控制阀K。

所述的动态控制系统包括有PLC可编程逻辑控制器；所述的PLC可编程逻辑控制器与预热系统中的电辅预风入口温度传感器、电辅预变频加热器、预热风电磁阀、电磁流量计连接；所述的PLC可编程逻辑控制器与地源热能系统中的地源热水入口温度传感器、地源热水出口温度传感器、电磁流量计、电磁阀连接；所述的PLC可编程逻辑控制器与动力冷却水循环系统中的电磁流量计、电磁阀、输入温度传感器、回水温度传感器连接；所述的PLC可编程逻辑控制器与新风系统中的热风输出温度传感器连接。

所述的新风系统的控制方法，其特征在于：其步骤为：

1)启动：首先启动作为辅助热源的地源热能系统和预热系统，当新风系统中的热风输出温度传感器达不到设定值时，再启动动力冷却水循环系统；

2)调整：逐步将动力冷却水循环系统调整到最大流量控制状态，同时逐步关闭预热系统，并降低地源热能系统的流量；

3)运行过程：由动态控制系统中的处理器进行动态换算，一级数据为D、H、K、F，二级数据为A、B、C、I、J，三级数据为E、G；先保证一级数据稳定和达到预控点，通过处理器换算自动动态微调调整二级数据和三级数据，进而达到动态控制。

本发明创造的有益效果为：

1、传统动力冷却系统余热目前不回收，本专利设计系统可将其回收80％以上。

2、由于地源热源属于低品质热源，加之我国东北地区每年三个月零下冻土期和-20^～-40℃地表温度，地源热源无法满足新风系统需求，本专利将其作为新风系统补充热源，并辅以预热系统，可以完全达到东北冬季工业新风辅助热源需求。

附图说明

图1是本发明系统示意图。

图2是本发明控制系统示意图。

图3是动态控制系统电路框图。

图4是动态控制系统控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明创造进一步说明。描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明创造相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明创造的一些方面相一致的装置的例子。

一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：包括热交换系统和动态控制系统；热交换系统上连接有动力冷却水循环系统、地源热能系统、预热系统，新风系统；所述的动力冷却水循环系统和地源热能系统分别与热交换系统之间进行热交换，所述的预热系统通对热交换系统进行辅助加热，所述的热交换系统中的热能通过新风系统输出；动态控制系统通过控温点检测系统中各支路温度，通过电磁阀控制系统中各支路的流量。

地源热能系统：地源系统是以较低的能耗对建筑物内提供制冷或制热；其原理是从不需要的地方提取热量，然后把热量转移到需要的地方。如在夏天提供制冷，将室内热能转移到地下土壤或水源；在冬天提供供暖，将地下热能转移到地表室内。热量是通过载冷剂进行循环和转移，这种载冷剂通过环路系统在闭式管路中循环。地源热泵系统主要分为土壤源热泵和水源热泵两大类。

新风系统：由送风系统和排风系统组成的一套独立空气处理系统，它分为管道式新风系统和无管道新风系统两种。管道式新风系统由新风机和管道配件组成，通过新风机净化室外空气导入室内，通过管道将室内空气排出；无管道新风系统由新风机组成，同样由新风机净化室外空气导入室内。相对来说管道式新风系统由于工程量大更适合工业或者大面积办公区使用，而无管道新风系统因为安装方便，更适合家庭使用。

所述的地热源系统与热交换系统之间的支路上设有：地源热泵流量监测及控制阀A和地源热水温控点B。

所述的预热系统与热交换系统之间的支路上设有：预热风温控点C和预热风流量监测及控制阀I。

所述的冷却水循环系统与热交换系统之间的支路上设有：动力冷却水冷水温控点E、动力冷却水热水流量监测及控制阀F、动力冷却水热水温控点G，动力冷却水冷水温控点H。

所述的热交换系统与新风系统之间的支路上设有：输出风温控点D和输出风流量监测及控制阀J；新风系统的热能输出端设有：输出风流量监测及控制阀K。

动态控制系统如图3所示。包括动力冷却热循环系统模块、地源热能系统模块、预热系统模块、新风系统模块、中央处理器逻辑控制模块。

其中中央处理器模块核心控制设备为：西门子S7-1200系列PLC可编程逻辑控制器。

动力冷却热循环系统核心控制设备为：西门子PT100系列温度传感器、西门子ER74252MP系列电磁阀、西门子MAG1100电磁流量计等控制设备；

地源热能系统核心空制备设备为：西门子PT100系列温度传感器、西门子ER74252MP系列电磁阀、西门子MAG1100电磁流量计等控制设备；

预热系统核心控制设备：电辅变频加热器ZTFD5000系列、西门子PT100系列温度传感器、西门子ER74252MP系列电磁阀、西门子MAG1100电磁流量计等控制设备；

新风系统核心控制设备：西门子PT100系列温度传感器、西门子ER74252MP系列电磁阀、西门子MAG1100电磁流量计等控制设备。

所述的新风系统的控制方法，其步骤为：

1)启动：首先启动动力冷却水循环系统和预热系统，当新风系统中的热风输出温度传感器达不到设定值时，再启动作为辅助热源的地源热能系统；

2)调整：逐步将动力冷却水循环系统调整到最大流量控制状态，同时逐步关闭预热系统，并降低地源热能系统的流量；

3)运行过程：由动态控制系统中的处理器进行动态换算，一级数据为D、H、K、F，二级数据为A、B、C、I、J，三级数据为E、G；先保证一级数据稳定和达到预控点，通过处理器换算自动动态微调调整二级数据和三级数据，进而达到动态控制。

该控制系统适应高温度波动幅度环境，将工业动力冷却系统热能充分利用。在有工业动力冷却系统余热时，以其作为供热主体，不足时以地源热泵系统作为补充，再不足时预热系统作为补充；在无动力冷却系统余热工况，由地热热源和预热系统完成新风供暖；这样可以将动力余热充分利用，辅以节能热源，达到整体节能减排效果。

具体使用时：

(1)常规启动流程：

首先依次启动预热系统、热交换系统、动力循环冷却系统、地源热能系统、新风系统排风装置。

(2)动态控制系统流程：

首先逐步将动力热循环系统调整到最大流量控制状态，同时逐步关闭预热系统并降低地热循环系统流量，整体过程通过温度控制点D恒温状态，由动态控制系统处理器进行计算和动态控制。

通过各控温点的测温结果反馈，由处理器进行动态换算，一级数据为D、H、K、F；二级数据为A、B、C、I、J等；三级数据为其余控制点。首先保证一级数据稳定和达到预控点，通过处理器换算自动动态微调调整二级数据和三级数据，进而达到动态控制。整体要首先保证动力热循环冷却水冷却温度和流量要求，其次保证新风系统达到预期温度、换风量和稳定性。

具体控制过程为，同时开动动力冷却水循环系统和预热系统，动力冷却系统逐渐达到满负荷，预热三分钟后，动力冷却水循环系统进出口热电耦测温器反馈数据，通过PLC中央处理器计算判断启动地源热泵系统补热，同时降低电预热功率，用地源热泵系统替代预热系统，直到地源热泵满负荷，结合输出新风系统温度计反馈数据，PLC中央处理器计算判断预热系统加热功率，在维持输出风温度达标保持动态恒定的基础上，将预热系统控制最小化，同时结合动力冷却水循环系统输出回流温度变化，调整地源热泵系统电磁阀控制流量，继而控制预热系统预热功率，直到新风系统输出温度重新达标并形成新的动态平衡，整体过程维持动态调整状态，由中央处理器PLC智能控制，同时，新风系统流量控制如有变化，整体动态控制系统通过PLC逻辑运算重新动态调整。

Claims (7)

1.一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：包括热交换系统和动态控制系统；热交换系统连接有动力冷却水循环系统、地源热能系统、预热系统，新风系统；所述的动力冷却水循环系统与热交换系统进行热交换，所述的地源热能系统和预热系统分别热交换系统辅助加热，所述的热交换系统中的热能通过新风系统输出；动态控制系统通过控温点检测系统中各支路温度，通过电磁阀控制系统中各支路的流量。

2.根据权利要求1所述的一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：所述的地热源系统与热交换系统之间的支路上设有：地源热泵流量监测及控制阀A和地源热水温控点B。

3.根据权利要求1所述的一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：所述的预热系统与热交换系统之间的支路上设有：预热风温控点C和预热风流量监测及控制阀I。

4.根据权利要求1所述的一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：所述的冷却水循环系统与热交换系统之间的支路上设有：动力冷却水冷水温控点E、动力冷却水热水流量监测及控制阀F、动力冷却水热水温控点G，动力冷却水冷水温控点H。

5.根据权利要求1所述的一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：所述的热交换系统与新风系统之间的支路上设有：输出风温控点D和输出风流量监测及控制阀J；新风系统的热能输出端设有：输出风流量监测及控制阀K。

6.根据权利要求1所述的一种采用工业动力冷却系统余热辅以地下热源提供供暖的新风系统，其特征在于：所述的动态控制系统包括有PLC可编程逻辑控制器；所述的PLC可编程逻辑控制器与预热系统中的电辅预风入口温度传感器、电辅预变频加热器、预热风电磁阀、电磁流量计连接；所述的PLC可编程逻辑控制器与地源热能系统中的地源热水入口温度传感器、地源热水出口温度传感器、电磁流量计、电磁阀连接；所述的PLC可编程逻辑控制器与动力冷却水循环系统中的电磁流量计、电磁阀、输入温度传感器、回水温度传感器连接；所述的PLC可编程逻辑控制器与新风系统中的热风输出温度传感器连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的新风系统的控制方法，其特征在于：其步骤为：

1)启动：首先启动动力冷却水循环系统和预热系统，当新风系统中的热风输出温度传感器达不到设定值时，再启动作为辅助热源的地源热能系统；

2)调整：逐步将动力冷却水循环系统调整到最大流量控制状态，同时逐步关闭预热系统，并降低地源热能系统的流量，直到输出新风系统温度达标形成动态热平衡；

3)运行过程：由动态控制系统中的处理器进行动态换算，一级数据为D、H、K、F，二级数据为A、B、C、I、J，三级数据为E、G；先保证一级数据稳定和达到预控点，通过处理器换算自动动态微调调整二级数据和三级数据，进而达到动态控制。

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