一种土壤源热泵系统的节能控制方法及系统技术方案

一种土壤源热泵系统的节能控制方法及系统，其方法包括以下步骤：S1：构成建筑标准冷热负荷预测模型；S2：根据建筑标准冷热负荷预测模型，进行建筑精细化分区，并生成建筑各子区冷热用能需求动态曲线，且根据预定时间更新一次动态曲线；S3：土壤源热泵系统的室内末端、冷冻/热水水泵、阀门单元、土壤源侧水泵、辅助冷却塔及热泵主机，及时响应中央主机所发的指令，根据用能需求动态曲线，考虑设备响应时间、启停特点及系统水容量，将土壤源热泵系统分成设备启动阶段、稳态运行阶段以及设备停机阶段，进行分阶段控制。本发明专利技术还包括一种土壤源热泵系统的节能控制系统。本发明专利技术具有高效稳定、无污染，能耗小、节能效果显著等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤源热泵系统的节能控制方法及系统
本专利技术涉及空调节能控制领域，特别是一种基于大数据、三阶段与精细分区控制的土壤源热泵系统的节能控制方法及系统。
技术介绍
空调和采暖设备是建筑能耗中的大户，占建筑总能耗40％～50％，西方发达国家更是占到了60％～70％。可见，建筑节能潜力巨大。目前中国建筑市场中央空调系统设计十分粗糙，存在严重的能源浪费现象，具体表现为：①盲目使用新能源技术，不注重能源供应系统和用能系统之间的匹配，造成整个空调系统运行效果较差，引起能源浪费和不必要的投资亏损；②中央空调系统初期设计时普遍采用负荷估算法，采取极值负荷作为设计基础数据，一般还会附加10％的裕量，导致设备容量增大20％～50％，出现“大马拉小车”的现象；③中央空调系统90％的时间在70％负荷以下波动运行，而现有的中央空调系统基本上还处于手动启停控制状态，无全局优化群控系统，导致机组和水泵运行效率低下，同时全人工管理模式，使得运营维护混乱，人工成本费用增加。以冷热负荷为基础数据，进行系统设计，目前主要存在两个问题：①负荷计算不准确，冷热源系统选型过大，造成成本和能源的浪费；②负荷是动态变化的，温度和冷冻/却水是强耦合关系，未能充分挖掘利用冷水机组、水泵和风机的变频调速技术，现仅有的少数局部控制系统也是由电气专业设计，缺乏专业性、科学性。随着大数据和物联网技术的快速发展，行业内普遍认同结合大数据技术采用负荷预测方法、变频调速技术和先进控制策略是目前空调自控领域最重要的发展趋势。传统的压缩式制冷+锅炉的冷热源方式，电力能耗、污染较大，节能潜力有限。土壤源热泵技术是一种可再生能源技术的综合运用，但是中国目前土壤源热泵技术的运用主要存在以下问题：不能因地制宜的充分利用低温土壤热源，土壤源热泵装机容量小，有待进一步推广；土壤源热泵系统缺少全局优化控制策略，基本处于人工值守状态，运营维护混乱。以上问题导致热泵系统整体工作性能下降，影响节能效率。
技术实现思路
为了避免或减缓中央空调系统普遍存在的非线性、时变及大滞后特点对建筑设备用能和室内热舒适环境的影响，充分挖掘和利用可再生能源技术，本专利技术的目的在于提出一种基于大数据、三阶段与精细分区控制的土壤源热泵系统的节能控制方法及系统，以降低建筑空调设备能耗，减小环境污染，改善空调设备运营管理混乱等现状。本专利技术的技术方案是：本专利技术之一种土壤源热泵系统的节能控制方法，包括以下步骤：S1：将土壤源热泵系统所服务的建筑物的内外环境信息进行采集；将采集的信息进行分析比对，根据中国五大气候区基础气象数据和各类功能建筑物冷热标准能耗数据，构成建筑标准冷热负荷预测模型；S2：根据建筑标准冷热负荷预测模型，考虑建筑功能、用能时间和负荷分布的差异，进行建筑精细化分区，并生成建筑各子区冷热用能需求动态曲线，且根据预定时间更新一次动态曲线；S3：土壤源热泵系统的室内末端、冷冻/热水水泵、阀门单元、土壤源侧水泵、辅助冷却塔及热泵主机，及时响应中央主机所发的指令，根据用能需求动态曲线，考虑设备响应时间、启停特点及系统水容量，将土壤源热泵系统分成设备启动阶段、稳态运行阶段以及设备停机阶段，进行分阶段控制。进一步，S1中，所述中国五大气候区基础气象数据为室外气象参数；所述各类功能建筑物冷热标准能耗数据包括建筑功能、建筑体形系数、围护结构参数、空调面积、人员使用情况及建筑室内环境初始设计参数；所述建筑室内环境初始设计参数包括人体体感温度、湿度、风速、室内辐射。进一步，所述人体体感温度通过充分考虑人对环境的主观感受，在计算机内嵌体感温度计算模型，根据某时刻空气温度、辐射强度、湿度和风速的综合影响，生成动态体感温度曲线，指导负荷计算，其模型通过以下公式获得：T＝T1×K1×K2式中：T为人体体感温度；T1为空调室内设计温度；K1为地区修正系数；K2为季节修正系数；其中南方地区K1为0.8～0.92，北方地区K1为0.85～0.95；夏季K2为0.85～0.95，冬季K2为1.05～1.15，过渡季K2为1.0。进一步，S2中，所述建筑精细化分区是以区域冷热负荷为划分依据，根据建筑物内房间功能、用能人数、室外环境参数，当每平方米冷热负荷差异>30％时，就划分一个新的空调区域；新空调区域面积不小于500平方米，实现子区内温度独立控制。进一步，S3中，所述设备启动阶段的时间范围t1为1/6～2/3小时，冷热水流量控制为额定工况的1.1～1.5倍；稳态运行阶段的时间t2＝t0-t1-t3，其中t0为系统运行总时间，冷热水流量依据建筑冷热用能需求动态曲线执行；设备停机阶段的时间范围t3为1/3～1/2小时，冷热水流量依据建筑冷热用能需求动态曲线执行。时间t0、t1、t2和t3因系统形式而异，需要根据机组容量、水路设置等具体情况而定。进一步，S3中，所述设备启动阶段的控制方式包括以下步骤：S301：根据环境参数决定最佳开机时间；最佳开机时间主要由用能时间、室内外环境参数和系统容量所决定；S302：如果开机时间到，系统进入开机模式界面；S303：当选择夏季制冷模式时，先监测主机是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则监测土壤源侧环路是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则开启土壤源侧水泵及阀门；开启后，检测冷冻水环路是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则开启冷冻水泵及阀门；再开启土壤源热泵机组主机，从而完成夏季制冷模式的启动阶段；S304：当选择冬季制热模式时，则相关阀门换向至冬季制热模式，具体包括：先监测主机是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，检测冷冻水侧环路是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则开启冷冻水泵及阀门；开启后，检测土壤源侧环路是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则开启土壤源侧水泵及阀门；再开启土壤源热泵机组主机，从而完成冬季制热模式的启动阶段。进一步，所述稳态运行阶段的控制方式包括以下步骤：S311：开启土壤源热泵机组后，检测冷凝器进出口水温，判断进出口水温是否处于设定温度，若是，则按原状态运行；若不是，则分以下情况；若水温大于设定值，则先调节土壤侧水泵频率及阀门开度，当达到调节极限时，开启冷却塔辅助散热，直至水温在设定范围内运行；若水温小于设定值，则先判断冷却塔是否开启，再调节相应水泵频率及阀门开度，直至水温在设定范围内运行；S312：检测蒸发器进出口水温，判断进出水口的温差是否等于设定温差值，若等于，则在设定温差范围内运行；若不等于，则通过PID温差控制，调节冷冻水泵频率及相关阀门开度，使其在设定温差范围内运行。进一步，所述设备停机阶段的控制方式包括以下步骤：S321：根据环境参数决定最佳关机时间；S322：如果关机时间到，则关闭土壤源热泵机组主机；S323：根据预定时间检测土壤源热泵机组主机信号，确认主机是否关机，若未关机，则向系统主机报警；若已关机，则确认冷却塔风机是否运行，若运行，根据预定时间关闭冷却塔风机，再确认冷却塔分风机是否关闭，若未关闭，则向系统主机报警；若关闭，根据预定时间关闭土壤源侧水泵；若冷却塔风机未运行，则根据预定时间直接关闭土壤源侧水泵；S324：确认土壤源侧水泵是否关闭，若未关闭，则向系统主机报警；若关闭，根据预定时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤源热泵系统的节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将土壤源热泵系统所服务的建筑物的内外环境信息进行采集；将采集的信息进行分析比对，根据中国五大气候区基础气象数据和各类功能建筑物冷热标准能耗数据，构成建筑标准冷热负荷预测模型；S2：根据建筑标准冷热负荷预测模型，考虑建筑功能、用能时间和负荷分布的差异，进行建筑精细化分区，并生成建筑各子区冷热用能需求动态曲线，且根据预定时间更新一次动态曲线；S3：土壤源热泵系统的室内末端、冷冻/热水水泵、阀门单元、土壤源侧水泵、辅助冷却塔及热泵主机，及时响应中央主机所发的指令，根据用能需求动态曲线，考虑设备响应时间、启停特点及系统水容量，将土壤源热泵系统分成设备启动阶段、稳态运行阶段以及设备停机阶段，进行分阶段控制。

【技术特征摘要】
1.一种土壤源热泵系统的节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将土壤源热泵系统所服务的建筑物的内外环境信息进行采集；将采集的信息进行分析比对，根据中国五大气候区基础气象数据和各类功能建筑物冷热标准能耗数据，构成建筑标准冷热负荷预测模型；S2：根据建筑标准冷热负荷预测模型，考虑建筑功能、用能时间和负荷分布的差异，进行建筑精细化分区，并生成建筑各子区冷热用能需求动态曲线，且根据预定时间更新一次动态曲线；S3：土壤源热泵系统的室内末端、冷冻/热水水泵、阀门单元、土壤源侧水泵、辅助冷却塔及热泵主机，及时响应中央主机所发的指令，根据用能需求动态曲线，考虑设备响应时间、启停特点及系统水容量，将土壤源热泵系统分成设备启动阶段、稳态运行阶段以及设备停机阶段，进行分阶段控制。2.根据权利要求1所述土壤源热泵系统的节能控制方法，其特征在于，S1中，所述中国五大气候区基础气象数据为室外气象参数；所述各类功能建筑物冷热标准能耗数据包括建筑功能、建筑体形系数、围护结构参数、空调面积、人员使用情况及建筑室内环境初始设计参数；所述建筑室内环境初始设计参数包括人体体感温度、湿度、风速、室内辐射。3.根据权利要求2所述土壤源热泵系统的节能控制方法，其特征在于，所述人体体感温度通过充分考虑人对环境的主观感受，在计算机内嵌体感温度计算模型，根据某时刻空气温度、辐射强度、湿度和风速的综合影响，生成动态体感温度曲线，指导负荷计算，其模型通过以下公式获得：T＝T1×K1×K2式中：T为人体体感温度；T1为空调室内设计温度；K1为地区修正系数；K2为季节修正系数；其中南方地区K1为0.8～0.92，北方地区K1为0.85～0.95；夏季K2为0.85～0.95，冬季K2为1.05～1.15，过渡季K2为1.0。4.根据权利要求1～3任一项所述土壤源热泵系统的节能控制方法，其特征在于，S2中，所述建筑精细化分区是以区域冷热负荷为划分依据，根据建筑物内房间功能、用能人数、室外环境参数，当每平方米冷热负荷差异>30％时，就划分一个新的空调区域；新空调区域面积不小于500平方米，实现子区内温度独立控制。5.根据权利要求1～3任一项所述土壤源热泵系统的节能控制方法，其特征在于，S3中，所述设备启动阶段的时间范围t1为1/6～2/3小时，冷热水流量控制为额定工况的1.1～1.5倍；稳态运行阶段的时间t2＝t0-t1-t3，其中t0为系统运行总时间，冷热水流量依据建筑冷热用能需求动态曲线执行；设备停机阶段的时间范围t3为1/3～1/2小时，冷热水流量依据建筑冷热用能需求动态曲线执行。6.根据权利要求1～3任一项所述土壤源热泵系统的节能控制方法，其特征在于，S3中，所述设备启动阶段的控制方式包括以下步骤：S301：根据环境参数决定最佳开机时间；S302：如果开机时间到，系统进入开机模式界面；S303：当选择夏季制冷模式时，先监测主机是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则监测土壤源侧环路是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则开启土壤源侧水泵及阀门；开启后，检测冷冻水环路是否异常，若异常，则向系统报警并结束；若正常，则开启冷冻水泵及阀门；再开启土壤源热泵机组主机，从而完成夏季制冷模式的启动阶段；S304：当选择冬季制热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎，
申请(专利权)人：湖南湖大瑞格能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43