CN114353289A - 一种岩土换热器循环水泵控制装置及控制方法 - Google Patents

一种岩土换热器循环水泵控制装置及控制方法 Download PDF

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吴建华
文兰
许明保
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Abstract

本发明公开了一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,包括温度传感器、流量传感器、变频器、控制主机和岩土换热器循环水泵;所述控制主机输入端分别连接所述温度传感器和流量传感器,输出端连接所述变频器,所述变频器输出端连接所述岩土换热器循环水泵电源,所述控制主机根据接收的温度数据和流量数据,计算所述变频器的工作频率,并通过所述变频器实现调节所述岩土换热器循环水泵转速的功能。本发明提供一种岩土换热器循环水泵控制装置及控制方法,在地源热泵空调系统运行的不同阶段,需要充分利用循环水的温度变化规律,采用变流量,变温差的方式,最大限度地减少岩土换热器循环水泵的能耗,并保障地源热泵空调系统的正常运行。

Description

一种岩土换热器循环水泵控制装置及控制方法
技术领域
本发明主要涉及地源热泵空调系统节能技术领域,具体是一种岩土换热器循环水泵节能控制装置及控制方法。
背景技术
地源热泵空调系统是以岩土体为冷热源,由热泵机组、岩土换热器循环水泵、岩土换热器、用能端循环水泵和用能端组成,通过消耗少量的高品位能源实现低品位热能向高品位热能转移的装置。岩土换热器由“U”形管等组成,并与岩土体耦合,“U”形管内的循环介质为循环水,当用能端制冷时,热泵机组通过岩土换热器向地下岩土体排入热量;当用能端制热时,热泵机组通过岩土换热器向地下岩土体吸取热量。岩土体主要发挥低品位热量的存储功能,制冷阶段岩土温度数据将随时间由低逐渐升高,同时导致循环水温度数据也逐渐升高;制热阶段岩土温度数据随时间由高逐渐降低,同时导致循环水温度数据也逐渐降低,并且当循环水温度数据低于一定值时,热泵机组将不能正常工作。
地源热泵空调系统在使用过程中出现以下几种情况:
情况一:建筑冬季热负荷高于夏季冷负荷,热泵机组向岩土体吸取热量大于排入热量,造成岩土体温度数据逐年降低,同时循环水温度数据也逐年降低,在制热阶段如循环水回水温度数据降低至3℃时,地源热泵空调系统将不能正常运行。
情况二:建筑冬季热负荷与夏季冷负荷相当,岩土体温度数据在整个用能端制热阶段衰减慢,在制热阶段前期和中期往往保持循环水流量不变,没有充分利用循环水较高温度的优势,造成岩土换热器循环水泵能耗高。
情况三:当岩土体温度数据较低或岩土体温度数据在整个用能端制冷阶段变化小时,在制冷阶段前期和中期往往保持循环水流量不变,没有充分利用循环水较低温度的优势,造成岩土换热器循环水泵能耗高。
为良好地解决以上问题,急需要一种根据循环水温度数据变化调节岩土换热器循环水泵工作状态的控制装置,用于调节循环水流量,以实现地源热泵空调系统的正常运行,并实现降低所述岩土换热器循环水泵能耗的目标。
发明内容
为了克服上述技术问题,本发明提供一种岩土换热器循环水泵控制装置及控制方法,在地源热泵空调系统运行的不同阶段,需要充分利用循环水的温度变化规律,最大限度地减少岩土换热器循环水泵的能耗,并保障地源热泵空调系统的正常运行。
本发明采用如下技术方案:一种岩土换热器循环水泵控制装置,包括温度传感器、流量传感器、变频器、控制主机和岩土换热器循环水泵;所述控制主机输入端分别连接所述温度传感器和流量传感器,输出端连接所述变频器,所述变频器输出端连接岩土换热器循环水泵,所述控制主机根据接收的温度数据和流量数据,计算所述变频器的工作频率,并通过所述变频器实现调节所述岩土换热器循环水泵转速的功能;
所述温度传感器设置两组,分为温度传感器A和温度传感器B,所述温度传感器A安装在岩土换热器的供水主管道处,用于测量循环水的供水温度数据;所述温度传感器B安装在岩土换热器的回水主管道处,用于测量循环水的回水温度数据;所述流量传感器,用于测量循环水的流量数据;
所述岩土换热器循环水泵控制装置配置为能够在所述地源热泵空调系统运行的不同阶段,基于不同阶段对应的循环水的温度,通过变流量、变温差的方式以减小岩土换热器循环水泵的能耗。
进一步,所述控制主机由PLC、触摸屏和电源组成,PLC内配置节能程序。
进一步,所述触摸屏是参数的显示屏和外部参数的输入设备。
进一步,所述控制主机对工作中的变频器进行频率计算,并通过节能程序改变变频器的工作频率;通过节能程序将所述变频器的初始工作频率设置成50HZ。
进一步,在所述触摸屏处输入制热阶段和制冷阶段各自的外部参数,外部参数包括最小流量值、温度给定值、温度限值、温差较大值和温差较小值。
进一步,制热阶段:最小流量值为100m³/h、温度给定值10℃、温度最低限值7℃、温差较大值5℃、温差较小值4℃;
制冷阶段:最小流量值为100m³/h、温度给定值23℃、温度最高限值26、温差较大值7℃、温差较小值5℃;
进一步,所述节能程序确认流量数据高于输入的最小流量值时,节能程序进一步计算改变所述变频器的工作频率;所述节能控制程序确认流量数据等于最小流量值时,节能程序将不再降低所述变频器的工作频率。
一种岩土换热器循环水泵控制装置的控制方法:包括以下步骤:
1、变频器初始值设定为50HZ;
2、频率的调节梯度为确定的固定频率数值;
3、频率的调节时间隔为确定的固定时间;
4、频率的调节方向如下:
制热阶段:
若温度传感器A测量的供水温度数据高于温度给定值,则温度传感器A将信号传递给控制主机,控制主机根据信号对变频器的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较大值;
若温度传感器A测量的供水温度数据低于温度给定值,则温度传感器A将信号传递给控制主机,控制主机根据信号对变频器的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较小值;
若供水温度数据到达温度最低限值,所述变频器的工作频率设置为50HZ;
制冷阶段:
若温度传感器A测量的供水温度数据低于温度给定值,则温度传感器A将信号传递给控制主机,控制主机根据信号对变频器的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较大值;
若温度传感器A测量的供水温度数据高于温度给定值,则温度传感器A将信号传递给控制主机,控制主机根据信号对变频器的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较小值;
若供水温度数据到达温度最高限值,所述变频器的工作频率设置为50HZ。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果为:
(1)针对冬季能耗高于夏季能耗,岩土体温度数据逐年降低的地源热泵空调系统,可更换更大额定流量的所述岩土换热器循环水泵,通过本发明装置的控制,前期将循环水的流量数据控制在额度工况范围内,实现岩土换热器循环水泵的耗能合理化的目的;后期实行“大流量小温差”的策略,加大循环水流量,可提高循环水回水温度数据,同时由于循环水的紊流状态加强,有利于与岩土的热量交换,可以保障地源热泵空调系统的正常运行。
(2)针对冬夏季建筑负荷能耗相当,岩土体温度数据在整个用能端使用阶段衰减慢,在制热阶段前期和中期,利用所述循环水温度较高的优势,可通过本发明装置可减少循环水的流量,降低岩土换热器循环水泵的能耗。
(3)当岩土体温度数据较低或岩土体温度数据在整个用能端制冷阶段变化小,在制冷阶段前期和中期,利用循环水温度较低的优势,通过本发明装置可减少循环水的流量,降低所述岩土换热器循环水泵的能耗。
(4)本发明根据循环水温度,采用变流量、变温差的方式,减少水泵能耗,节约资源。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明:
图1为本发明的结构示意图;
图中:1—控制主机;2—变频器;3—温度传感器A;4—温度传感器B;5—流量传感器;6—岩土换热器循环水泵。
具体实施方式
为了本发明的技术方案和有益效果更加清楚明白,下面结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
地源热泵空调系统情况:热泵机组制热量为771KW,制冷量为730KW,循环水最小流量为100m³/h,制热阶段初期供水温度数据15℃-10℃,制热阶段中期供水温度数据10℃-8℃,制热阶段后期供水温度数据8℃-6℃;制冷阶段初期供水温度数据15℃-20℃,制冷阶段中期供水温度数据20℃-25℃,制冷阶段后期供水温度数据25℃-28℃。
一种岩土换热器循环水泵控制装置,包括温度传感器、流量传感器5、变频器2、控制主机1和岩土换热器循环水泵6;所述控制主机1输入端分别连接所述温度传感器和流量传感器5,输出端连接所述变频器2,所述变频器2输出端连接岩土换热器循环水泵6,所述控制主机1根据接收的温度数据和流量数据,计算所述变频器2的工作频率,并通过所述变频器2实现调节所述岩土换热器循环水泵6转速的功能,在地源热泵空调系统运行的不同阶段,利用循环水的温度变化规律,采用变流量、变温差的方式减小岩土换热器循环水泵的能耗,并保障地源热泵空调系统的正常运行。
温度传感器设置两组,分为温度传感器A3和温度传感器B4,所述温度传感器A3安装在岩土换热器供水主管道处,测量循环水的供水温度数据,所述温度传感器B4安装在岩土换热器回水主管道处,用于测量循环水的回水温度数据。
控制主机1由PLC、触摸屏和电源组成,触摸屏是参数的显示屏和外部参数的输入设备,PLC内配置节能程序。
控制主机1对工作中的变频器2进行频率计算工作,节能程序将所述变频器2的初始工作频率计算成50HZ,在所述触摸屏处输入制热阶段和制冷阶段各自的外部参数,外部参数包括最小流量值、温度给定值、温度限值、温差较大值和温差较小值;制热阶段:最小流量值为100 m³/h、温度给定值10℃、温度最低限值7℃、温差较大值5℃、温差较小值4℃;制冷阶段:最小流量值为100 m³/h、温度给定值23℃、温度最高限值26、温差较大值7℃、温差较小值5℃,节能程序确认流量数据高于输入的最小流量值时,控制主机1进一步计算变频器2的工作频率,并通过节能程序改变所述变频器2的工作频率;所述节能控制程序确认流量数据等于最小流量值时,节能程序将不再降低所述变频器2的工作频率。
本发明的工作原理:
包括以下步骤:
1、变频器初始值设定为50HZ;
2、频率的调节梯度为确定的固定频率数值;
3、频率的调节时间隔为确定的固定时间;
4、频率的调节方向如下:
制热阶段:
若温度传感器A3测量的供水温度数据高于温度给定值,则温度传感器A3将信号传递给控制主机1,控制主机1根据信号对变频器2进行频率计算,变频器2接收频率数据后,按照该频率工作,逐步改变工作频率,进而通过变频器2改变岩土换热器循环水泵6的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较大值5℃;
若温度传感器A3测量的供水温度数据低于温度给定值,则温度传感器A3将信号传递给控制主机1,控制主机1根据信号对变频器2进行频率计算,并通过节能程序改变变频器2的工作频率;变频器2接收信号后逐步改变工作频率,进而通过变频器2改变岩土换热器循环水泵6的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较小值4℃;
如供水温度数据到达温度最低限值7℃时,变频器2的工作频率设置为50HZ,保持岩土换热器循环水泵6的流量恒定。
制冷阶段:
若温度传感器A3测量的供水温度数据低于温度给定值,则温度传感器A3将信号传递给控制主机1,控制主机1根据信号对变频器2进行频率计算,变频器2接收频率数据后,按照该频率工作,逐步改变工作频率,进而通过变频器2改变岩土换热器循环水泵6的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较大值7℃;
若温度传感器A3测量的供水温度数据高于温度给定值,则温度传感器A3将信号传递给控制主机1,控制主机1根据信号对变频器2进行频率计算,并通过节能程序改变变频器2的工作频率;变频器2接收信号后逐步改变工作频率,进而通过变频器2改变岩土换热器循环水泵6的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较小值;
如供水温度数据到达温度最高限值26℃时,所述变频器2的工作频率设置为50HZ,保持岩土换热器循环水泵6的流量恒定。
应当理解,此处所描述的具体实施方式仅用于理解本发明,并不用于限定本发明,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。

Claims (8)

1.一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,包括温度传感器、流量传感器(5)、变频器(2)、控制主机(1)和岩土换热器循环水泵(6);所述控制主机(1)输入端分别连接所述温度传感器和流量传感器(5),输出端连接所述变频器(2),所述变频器(2)输出端连接岩土换热器循环水泵(6),所述控制主机(1)根据接收的温度数据和流量数据,计算所述变频器(2)的工作频率,并通过所述变频器(2)实现调节所述岩土换热器循环水泵(6)转速的功能;
所述温度传感器设置两组,分为温度传感器A(3)和温度传感器B(4),所述温度传感器A(3)安装在岩土换热器的供水主管道处,所述温度传感器B(4)安装在岩土换热器的回水主管道处;
所述岩土换热器循环水泵控制装置配置在所述地源热泵空调系统运行的不同阶段,基于不同阶段对应的循环水的温度,通过变流量、变温差的方式以减小岩土换热器循环水泵的能耗。
2.根据权利要求1所述的一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,所述控制主机(1)由PLC、触摸屏和电源组成,PLC内配置节能程序。
3.根据权利要求2所述的一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,所述触摸屏是参数的显示屏和外部参数的输入设备。
4.根据权利要求1所述的一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,所述控制主机(1)对工作中的变频器(2)进行频率计算,并通过节能程序改变变频器(2)的工作频率;通过节能程序将所述变频器(2)的初始工作频率设置成50HZ。
5.根据权利要求3所述的一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,在所述触摸屏处输入制热阶段和制冷阶段各自的外部参数,外部参数包括最小流量值、温度给定值、温度限值、温差较大值和温差较小值。
6.根据权利要求5所述的一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,制热阶段:最小流量值、温度给定值、温度最低限值、温差较大值、温差较小值;
制冷阶段:最小流量值、温度给定值、温度最高限值、温差较大值、温差较小值。
7.根据权利要求4所述的一种岩土换热器循环水泵控制装置,其特征在于,所述节能程序确认流量数据高于输入的最小流量值时,节能程序进一步计算改变所述变频器(2)的工作频率;所述节能控制程序确认流量数据等于最小流量值时,节能程序将不再降低所述变频器(2)的工作频率。
8.实施如权利要求1所述的一种岩土换热器循环水泵控制装置的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1、变频器初始值设定为50HZ;
2、频率的调节梯度为确定的固定频率数值;
3、频率的调节时间隔为确定的固定时间;
4、频率的调节方向如下:
制热阶段:
若温度传感器A(3)测量的供水温度数据高于温度给定值,则温度传感器A(3)将信号传递给控制主机(1),控制主机(1)根据信号对变频器(2)的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵(6)的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较大值;
若温度传感器A(3)测量的供水温度数据低于温度给定值,则温度传感器A(3)将信号传递给控制主机(1),控制主机(1)根据信号对变频器(2)的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵(6)的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较小值;
若供水温度数据到达温度最低限值,所述变频器(2)的工作频率设置为50HZ;
制冷阶段:
若温度传感器A(3)测量的供水温度数据低于温度给定值,则温度传感器A(3)将信号传递给控制主机(1),控制主机(1)根据信号对变频器(2)的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵(6)的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较大值;
若温度传感器A(3)测量的供水温度数据高于温度给定值,则温度传感器A(3)将信号传递给控制主机(1),控制主机(1)根据信号对变频器(2)的工作频率逐步改变,进而调整岩土换热器循环水泵(6)的流量,使供水温度数据和回水温度数据之差接近温差较小值;
若供水温度数据到达温度最高限值,所述变频器(2)的工作频率设置为50HZ。
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