CN113339881A - 空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，包括供热智能节能控制系统，供热智能节能控制系统包括智能控制系统、空气热源泵机组系统、空气热源泵主机与供热系统运行控制系统，供热智能节能控制系统的输出端分别与智能控制系统、空气热源泵机组系统和空气热源泵主机与供热系统运行控制系统的输入端之间电性连接，本发明涉及地暖技术领域。该空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，解决如果处于低温、高湿的运行环境中，机组会频繁出现结霜、误除霜、能效低和运行稳定性差等，投资运行能耗高给空气源热泵供暖系统带来直接的影响，同时不利于空气源热泵供暖系统在低温、高湿环境中的推广与应用的问题。

Description

空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统

技术领域

本发明涉及地暖技术领域，具体为空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统。

背景技术

气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁，现阶段，我国城镇化采暖制度已经发生了非常大的改变，现代人对于居住环境的舒适程度以及建筑节能都有了更高的标准与要求。当前已经出现了很多种住宅采暖方式，供热行业当中的热源已经从传统的能源供热转向清洁能源供热，形式也由单一化向多元化转变。全国城镇供热面积约141亿平方米，清洁供热任务艰巨急迫。约25％为燃煤热电联产供热，约20％为天然气和电供热，超过50％为污染严重的燃煤采暖，清洁能源有70亿多平方米的存量缺口，还要每年新增建筑。传统燃煤供热方式能耗高，污染排放量大。目前，我国供热领域正在积极开发和利用各种新型热源，旨在追求环保与节能，实现新型供暖系统目标。传统煤炭供热的方式便受到了非常严重的挑战，因此以清洁能源代替煤炭是一种必然发展趋势。随着节能减排压力，完成既定目标对传统供热方式进行节能改造，途径之一为改用热泵。

空气源热泵属于热泵技术中的新形式，其比较容易操作、运行成本较低、安全性能较好且可以得到良好供暖效果。与水热泵、地热泵相比其不需要增设取水系统、回灌系统或土壤换热系统与专用机房，在保证供暖效果的基础上可以实现节能环保目标。目前，我国各地区正在推进煤改清洁能源、美麗乡村建设等，由于空气源热泵属于清洁能源供暖技术，因此得到了广泛的使用。但是空气源热泵自身也有缺点，在实际使用过程中，如果处于低温、高湿的运行环境中，空气源热泵机组会频繁出现结霜、误除霜、能效低、运行稳定性差等问题，以及自身投资运行能耗高给空气源热泵供暖系统带来直接的影响，同时不利于空气源热泵供暖系统在低温、高湿环境中的推广与应用的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，解决了实际使用过程中，如果处于低温、高湿的运行环境中，空气源热泵机组会频繁出现结霜、误除霜、能效低、运行稳定性差等问题，以及自身投资运行能耗高给空气源热泵供暖系统带来直接的影响，同时不利于空气源热泵供暖系统在低温、高湿环境中的推广与应用的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，包括供热智能节能控制系统，所述供热智能节能控制系统包括智能控制系统、空气热源泵机组系统、空气热源泵主机与供热系统运行控制系统，所述供热智能节能控制系统的输出端分别与智能控制系统、空气热源泵机组系统和空气热源泵主机与供热系统运行控制系统的输入端通过导线实现电性连接。

所述智能控制系统包括可远传智能化动态平衡阀、远传户用超声波热计量表、远传室内温度采集器和用户端控制管理软件平台，所述智能控制系统的输出端分别与可远传智能化动态平衡阀、远传户用超声波热计量表、远传室内温度采集器和用户端控制管理软件平台的输入端通过导线实现电性连接。

所述空气热源泵主机与供热系统运行控制系统包括供热系统恒温差循环泵变频率运行单元、循环水泵和空气源热泵联动运行单元、除污器和电阀门，所述空气热源泵主机与供热系统运行控制系统的输出端分别与供热系统恒温差循环泵变频率运行单元、循环水泵和空气源热泵联动运行单元、除污器和电阀门的输入端通过导线实现电性连接。

优选的，所述远传户用超声波热计量表用于计算入户的流量、进水温度、回水温度和温差等。

优选的，所述可远传智能化动态平衡阀用于接收楼栋集中器的控制命令进行调整阀门开度大小，且用于流量调节、户室温恒定和可控。

优选的，所述远传室内温度采集器用于时时采集用户当前室内温度，并通过集中器上传至控制管理软件平台，为控制户用阀门开度提供数据依据。

优选的，所述用户端控制管理软件平台用于设置室温控制的上、下限阀值。

优选的，所述空气热源泵机组系统远程监视智能控制系统，用于监控系统运行状况和机组循环系统的运行、耗能。

优选的，所述供热系统恒温差循环泵变频率运行单元用于控制供热系统的循环水泵的频率。

优选的，所述循环水泵和空气源热泵联动运行单元用于对供热系统循环水泵稳定的运行。

有益效果

本发明提供了空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

1、该空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，通过智能控制系统中可远传智能化动态平衡阀、远传户用超声波热计量表、远传室内温度采集器和用户端控制管理软件平台解决用户面积大小、朝阳背阴、顶层边户的冷热不均的问题，系统可批量处理阀门开度，使此类用户享受同等的舒适度，解决楼栋管路水力不平衡的问题，每年供热开始后，可以根据采集上来的温度、流量、压力等因素变化情况做出相应调整，动态建立起管网的水力平衡体系，控制阀在起初使用时，我们可给出各用户的经验开度值，然后依据用户进回水温度的差值，进行下一步批量调整温差过高或过低的用户。通过这样多次反复平衡调节，最终实现对用户阀门开度的精确调整，调整好后的用户的室内温度应接近相同，末端水力平衡、满足居民用户需求后，过盈热量将被阻挡与一次管网中，从而使循环泵降低流量及热泵主机电量下降、降低能耗，提高热利用率，通过末端控制阀的调节，实现供热区域内的水力平衡，冷、热不均问题，既为供热部门降低了热费的支出，同时又减少了与用户的矛盾，通过对供暖数据的分析，计算出能耗水平、热耗指标，不同楼层与户型耗热量的差异，汇总到供热管理平台，可以给管理部门提供科学的供热计划和按需供热的量化管理。

2、该空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，通过空气热源泵机组系统中的远程管理系统，方便用户单位监控系统运行状况，随时了解机组循环系统的运行、耗能，有利于为管理人员提供使用成本数据，改善耗能，能及时了解和处理出现的故障，以及根据运行数据修正对建筑供热机组配置的合理性。

3、该空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，通过空气热源泵主机与供热系统运行控制系统中的供热系统恒温差循环泵变频率运行单元可以改变供电频率来改变电动机的转速，进而达到调节流量的目的，有效降低供暖系统输送能耗，另外循环水泵和空气源热泵联动运行单元实现空气源热泵主机和循环泵联动控制启停运行，从循环泵中节省电能，不改变用热体验，更经济运行，减少运行费用，除污器和电阀门整体减小系统水阻力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明智能控制系统框图；

图3为本发明空气热源泵主机与供热系统运行控制系统框图；

图4为本发明空气热源泵主机与供热系统运行控制系统输送节能配套集成设备结构示意图。

图中：1、供热智能节能控制系统；11、智能控制系统；111、可远传智能化动态平衡阀；112、远传户用超声波热计量表；113、远传室内温度采集器；114、用户端控制管理软件平台；12、空气热源泵机组系统；13、空气热源泵主机与供热系统运行控制系统；131、供热系统恒温差循环泵变频率运行单元；132、循环水泵和空气源热泵联动运行单元；133、除污器；134、电阀门。

具体实施方式

对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，包括供热智能节能控制系统1，供热智能节能控制系统1包括智能控制系统11、空气热源泵机组系统12、空气热源泵主机与供热系统运行控制系统13，供热智能节能控制系统1的输出端分别与智能控制系统11、空气热源泵机组系统12和空气热源泵主机与供热系统运行控制系统13的输入端通过导线实现电性连接。

请参阅图2，智能控制系统11包括可远传智能化动态平衡阀111、远传户用超声波热计量表112、远传室内温度采集器113和用户端控制管理软件平台114，智能控制系统11的输出端分别与可远传智能化动态平衡阀111、远传户用超声波热计量表112、远传室内温度采集器113和用户端控制管理软件平台114的输入端通过导线实现电性连接，远传户用超声波热计量表112用于计算入户的流量、进水温度、回水温度和温差等，可远传智能化动态平衡阀111用于接收楼栋集中器的控制命令进行调整阀门开度大小，且用于流量调节、户室温恒定和可控，远传室内温度采集器113用于时时采集用户当前室内温度，并通过集中器上传至控制管理软件平台，为控制户用阀门开度提供数据依据，用户端控制管理软件平台114用于设置室温控制的上、下限阀值，空气热源泵机组系统12远程监视智能控制系统11，用于监控系统运行状况和机组循环系统的运行、耗能。

请参阅图3，空气热源泵主机与供热系统运行控制系统13包括供热系统恒温差循环泵变频率运行单元131、循环水泵和空气源热泵联动运行单元132、除污器133和电阀门134，空气热源泵主机与供热系统运行控制系统13的输出端分别与供热系统恒温差循环泵变频率运行单元131、循环水泵和空气源热泵联动运行单元132、除污器133和电阀门134的输入端通过导线实现电性连接，供热系统恒温差循环泵变频率运行单元131用于控制供热系统的循环水泵的频率，循环水泵和空气源热泵联动运行单元132用于对供热系统循环水泵稳定的运行。

S1、工作时，供热系统末端各户安装可远传智能化动态平衡阀111、远传户用超声波热计量表112以及空气热源泵主机与供热系统运行控制系统13；

第一、远传户用超声波热计量表112安装于入户进水/回水管道，时时计算入户的流量、进水温度、回水温度、温差等；

第二、可远传智能化动态平衡阀111安装于入户管道的进水管处，是末端用户变流量调节的核心产品，可接收楼栋集中器的控制命令进行调整阀门开度大小，从而实现流量调节的作用，实现用户室温恒定、可控；

第四、远传室内温度采集器113安装于用户室内客厅或入户门口位置，时时采集用户当前室内温度，并通过集中器上传至控制管理软件平台，为控制户用阀门开度提供数据依据；

第五、楼栋数据集中器数据接收基站安装于小区中心楼栋，尽量安装于顶层有高度，信号强度有保障，时时采集户用热量表、户用流量平衡阀、户用室内温度采集器的数据，并通过GPRS或光光纤传输至控制管理软件平台。

另外在用户端进行用户端控制管理软件平台114的安装、调试完毕后，即可进入每户流量自动调节阶段，

第一、在控制管理软件平台设置好室温控制的上下限阀值例如最低温度设置21℃、最高温度设置23℃；

第二、每户室温采集器时时采集室内温度，并通过数据接收基站将室温传输至控制管理软件平台；

第三、控制管理软件平台接收到每户的室内温度后，根据预先设置的温度上下限阀值，下发控制户用流量平衡阀的命令；

a、当室内温度低于21℃时，则下发打开户用流量平衡阀一定刻度的命令，接收到命令后，开始打开一定开度，此时该户入户的流量增大，同时输出的热量升高，室温开始上升；

b、当室内温度高于设定的23℃时，则下发关闭户用流量平衡阀一定刻度的命令，接收到命令后，开始关闭一定刻度，此时该户入户的流量减小，同时输出的热量降低，室温开始下降；

第四、周而复始，系统始终重复a、b两个步骤，实现用户室内温度的恒定。

S2、使用时，建立空气热源泵机组系统12远程监视智能控制系统11，数据搭接用户末端室内温度平台数据、气象局环境温度预报数据，空气热源泵机组系统12实行远程控制和完全的自动化管理，可联接在互联网上，在任何地方，有管理权限的人员，可以随时看到机组的实际运行状态，机组运行数据搭接用户末端平台数据，根据用户末端远程监控智能控制系统反馈的用户末端信息控制机组的启停数量，改变循环系统的水泵的频率，做到满足当前供热需求前提下，实现节能运行，系统还可存储长达三年的运行记录，查出此时间段内的任意一天的运行数据，监控系统保存供热总管总热计量表和环境温湿度信息的记录，利用末端平台室内温度数据采集在保证室内温度80％—90％住户达到目标温度的前提下获取一个小区总管总热计量表在不同室外温湿度条件下所耗热量大小形成数据记录，获得适用于此小区的热表热量与温湿度匹配，进而确定机组设定供回水温度值，获取经验数值通过不断修正尽可能最大精准，形成标准后，主机平台可接入气象部门未来3天的气温变化，提前调整设备运行策略。

通过微处理器界面，可用于空气热源泵机组系统12中机组以及循环系统的控制，它通过与PLC可编程控制器的通讯对系统各参数进行实时的反映，控制中心持续地监视系统的运行状况并记录下停机紧急停机、循环停机或正常停机的原因，以及机组在不同室外温度、湿度的情况下的出水温度、制热效率、除霜时间的长短，这些信息被储存在运行记录中，用户可以随时调出这些数据以便检查，运行期间，系统通过各种状态信息和警告信息向用户提示系统的运行状况，系统也可经过配置，以报警的形式通知用户某些特殊状况。

微电脑控制中心系统配有远程通信的功能，管理人员在任何可以连接互联网的地方实时了解机组循环系统的运行情况：当用户在以检修访问级别或更高的访问级别登陆后，系统就可以显示这些信息，有权限的管理者还可以修改系统运行的各项参数，系统通过提高通信协议，网络协议能提高机组的控制能力，同时还允许操作人员对机组进行24h的远程监视，工程人员可通过简单的局域网联接即可实时观测到设备的运行情况。

S3，使用时、第一空气热源泵主机与供热系统运行控制系统13中供热系统恒温差循环泵变频率运行单元131运行方式，在机械循环热水供热系统中，循环水泵承载着将热源热能通过供热管网输送至热用户的动力驱动作用，是供热系统耗费电能最多的设备，合理的控制供热系统的循环水泵的频率，关系到供热系统能正常稳定和经济运行，对降低电能消耗具有重要意义，利用循环水泵的变频调节改变热网循环流量，有效降低供暖系统输送能耗，循环水泵的变频控制策略是实现变频节能的重要基础，变频调速运行的节能性是由水泵的机械负载特性决定的，轴功率与转速的三次幂成比例，水泵流量与转速成正比，因此调节流量时可以通过调节转速来进行，而转速可以通过改变供电频率来改变电动机的转速，进而达到调节流量的目的，由于水泵的轴功率与转速的三次幂成正比，当转速减小时水泵所需的轴功率大大减小，使节能效益十分显著。

第二、空气热源泵主机与供热系统运行控制系统13中循环水泵和空气源热泵联动运行单元132运行方式，空气源热泵带地暖集中供暖系统中，机械循环热水循环水泵是供热企业向各热用户输送热媒的关键设备，也是耗电量较大的设备，根据空气源热泵工作进出水温与设定温度合理控制循环泵启停对供热系统经济运行起到重要作用，供暖系统中空气源热泵机组设定好目标供回水温度，机器依据供热系统回水温度来自动控制运行和停止，当供热系统回水温度超过机组设定好的“制热回水设置温度”1度时，机组回水温度探头实时检测水温自动控制机组停止运行，相反当系统回水水温降低至低于机组设定的“制热回水设置温度”1度时，机组又会自动启动运行，在机组制热水温超过设定温度1度处于烧停机状态下，供热循环泵还在继续工作，而我们知道地板采暖热稳定性好，地暖的地面层及混凝土层有强大的蓄热能力，在间隙供暖的条件下，室内的温度几乎没有变化，感觉很自然，不会出现因机组启停引起的水温的升温和降温而影响室内的温度，所以在机组处于烧停机状态下，我们加设一套联动控制系统使循环水泵随着机组烧停机也停止，整个供热系统停止工作，机组启动，循环泵也随之启动，为防止循环水泵一直停止循环，用户侧水温降低而机组侧水温不降，致使机组一直不启动，我们增设一套定时强制循环装置，安装时间继电器，设定循环泵停止时间段与运行时间段，循环泵启停由空气源热泵主机和定时装置并联控制，两者任一具备条件，循环泵启动循环，空气源热泵开机启动首先风扇旋转启动，所以我们将控制循环泵启停的主机机组控制点接到主机风扇交流接触器无源辅助触头常开端子上，主机启动首先风扇启动，风扇交流接触器吸合带动辅助触头常开触点吸合变常闭，使循环泵启动控制线闭合，循环泵随之启动，反之循环泵停止，定时强制循环装置并连接到循环泵启停无缘控制回路上，设定循环泵运行时间长段和停止时间长短，处于运行时间段内，循环泵控制回路闭合，循环泵工作，反之停止，实现空气源热泵主机和循环泵联动控制启停运行，从循环泵中节省电能，不改变用热体验，更经济运行，减少运行费用。

第三、在管道安装施工增加管道除污器133旁通，管道施工完成正式运行前需将管道内施工杂质泥沙冲洗过滤掉，避免进入末端散热器造成堵塞，在机组之前系统管道上加设旁通管，安装管道除污器，关闭机组侧进出水阀门，打开除污器前后阀门随着系统管道水循环带动系统内泥沙流动最终均带入除污器内及时排掉，加设管道旁通除污器使系统在运行前除净泥沙，此设计可使循环泵前后免于安装过滤器，正常情况下一台过滤器阻力小于1公斤，不过要根据实际情况，精度，流量等等确定，大部分在0.03-0.08MPa左右，整体减小系统水阻力。

第四、在管道上安装电阀门134，电阀门134是所有管道系统内水阻力最大的管件，采用循环泵前后阀门控制，降低水阻力，循环泵前后配件均比循环泵进出口口径大一个型号，水泵进口采用偏心变径扩大进口尺寸，循环泵出口采用等心变径扩大出口尺寸，减少循环泵前后管道阻力，离心泵入口处水平的偏心异径管一般采用顶平布置，顶平安装的原因是：防止在偏心异径管内积累气体，而进入离心泵，发生气蚀损泵，水平吸入离心泵入口变径时，管道自下而上进泵采用顶平安装，自上而下进泵采用底平安装为防止气体在泵口积聚也有采用顶平安装的，介质带有杂质且吸入速度低于杂质沉降速度的采用底平安装，原则是不形成气袋，气蚀和积液排放是影响偏心大小头安装方式的两大因素，一般情况下，如无特别说明，以考虑防气蚀为主，取顶平安装，顶平安装可防止出现液袋或气囊而导致泵入口产生气蚀，发生喘振，影响泵的正常运行，安全运行，降低系统阻力，循环泵支管道与主管道连接按水流方向采用45度连接而非90度连接，减小水阻力。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

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、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，包括供热智能节能控制系统(1)，其特征在于：所述供热智能节能控制系统(1)包括智能控制系统(11)、空气热源泵机组系统(12)、空气热源泵主机与供热系统运行控制系统(13)，所述供热智能节能控制系统(1)的输出端分别与智能控制系统(11)、空气热源泵机组系统(12)和空气热源泵主机与供热系统运行控制系统(13)的输入端通过导线实现电性连接；

所述智能控制系统(11)包括可远传智能化动态平衡阀(111)、远传户用超声波热计量表(112)、远传室内温度采集器(113)和用户端控制管理软件平台(114)，所述智能控制系统(11)的输出端分别与可远传智能化动态平衡阀(111)、远传户用超声波热计量表(112)、远传室内温度采集器(113)和用户端控制管理软件平台(114)的输入端通过导线实现电性连接；

所述空气热源泵主机与供热系统运行控制系统(13)包括供热系统恒温差循环泵变频率运行单元(131)、循环水泵和空气源热泵联动运行单元(132)、除污器(133)和电阀门(134)，所述空气热源泵主机与供热系统运行控制系统(13)的输出端分别与供热系统恒温差循环泵变频率运行单元(131)、循环水泵和空气源热泵联动运行单元(132)、除污器(133)和电阀门(134)的输入端通过导线实现电性连接。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，其特征在于：所述远传户用超声波热计量表(112)用于计算入户的流量、进水温度、回水温度和温差等。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，其特征在于：所述可远传智能化动态平衡阀(111)用于接收楼栋集中器的控制命令进行调整阀门开度大小，且用于流量调节、户室温恒定和可控。

4.根据权利要求1所述的空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，其特征在于：所述远传室内温度采集器(113)用于时时采集用户当前室内温度，并通过集中器上传至控制管理软件平台，为控制户用阀门开度提供数据依据。

5.根据权利要求1所述的空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，其特征在于：所述用户端控制管理软件平台(114)用于设置室温控制的上、下限阀值。

6.根据权利要求1所述的空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，其特征在于：所述空气热源泵机组系统(12)远程监视智能控制系统(11)，用于监控系统运行状况和机组循环系统的运行、耗能。

7.根据权利要求1所述的空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，其特征在于：所述供热系统恒温差循环泵变频率运行单元(131)用于控制供热系统的循环水泵的频率。

8.根据权利要求1所述的空气源热泵带地暖集中式供热智能节能控制系统，其特征在于：所述循环水泵和空气源热泵联动运行单元(132)用于对供热系统循环水泵稳定的运行。

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