基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统及方法，该控制系统包括空气源热泵设备和空气源热泵系统监控管理平台，两者通过物联网技术进行数据交互，实现空气源热泵设备的数据采集、数据分析与计算并将动作指令下传至空气源热泵设备，实现对系统中所有空气源热泵设备实时监控。本发明专利技术解决现有空气源热泵设备由于技术限制而造成的能源消耗大的技术问题；利用准确结霜预判方法和热水循环外部加热的防结霜方式代替现有空气源热泵的逆循环除霜方式，解决现有空气源热泵设备逆循环除霜方式存在的结霜误判和能量消耗过高的问题，解决现有空气源热泵设备无法提供智能监控、实现集中式数据处理、和运行过程实时控制的问题。

Intelligent air source heat pump control system and method based on big data technology

【技术实现步骤摘要】
基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统及方法
本专利技术涉及一种空气源热泵控制系统及方法，具体涉及一种基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统及方法。
技术介绍
空气源热泵是一种采用电动机驱动，采用蒸气压缩制冷循环，将低品位热源空气中的热量转移到水或空气等高位热源的设备。现有的空气源热泵存在以下不足：一、空气源热泵使用消耗电能的方法从空气中交换热能，现有空气源设备采用单机独自控制的方式，多采用单片机实现，由于没有足够的存储空间，无法实现大量的数据存储和历史数据分析，因此均采用固定的运行策略和参数，或由人工在设备安装时设置运行参数的控制方式，空气源热泵设备按照设定的参数运行。但由于空气源热泵在实际运行过程中，使用环境(温度、湿度等)变化不受人为控制，因此固定的运行策略和参数不可能使热泵系统时刻保持最优化的运行状态，导致了效率的降低和能源消耗的增大。另外受人员本身技术水平的影响，设定的运行参数不一定最合理，也造成了设备的能源消耗的增加。空气源热泵设备的能效比(COP值)有很大的提升空间。二、现有的空气源热泵设备存在除霜消耗过大的问题。当一定湿度空气中的水蒸气接触到低于露点温度的蒸发器表面时，就会发生相变，产生结霜现象。蒸发器表面结霜后，会降低蒸发器的热导系数，甚至会堵塞蒸发器间隙，严重降低了设备的效率。现有空气源热泵设备普遍采用逆循环除霜的方法。根据蒸发器温度和环境温度的数值，计算出除霜操作的间隔时间，定时从制热工况切换到制冷工况进行除霜。逆循环除霜方法主要存在两个方面的问题，一是除霜过程从制热状态变成吸热状态，完全为负能量状态，造成了热量的大量损失。二是仅采用温度作为判断结霜的条件，会在没有结霜的情况下产生结霜误判从而进入误除霜过程，造成无谓的能源浪费。根据测试，逆循环除霜消耗的能量约占热泵总能量消耗的20％，能量损失问题严重。三、现有的空气源热泵设备，每套设备独立安装、运行，形成信息“孤岛”，对于大规模集中供热供冷的服务商来说，给系统信息管理造成障碍，无法实现大数据的采集、处理和优化，难以为智慧城市建设提供支持。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统及方法。改变了现有空气源热泵设备采用固定策略及参数的控制方式，前端设备由“控制器”的运行方式改为“采集器”+“执行器”的运行方式，控制策略的运算由后台系统实现，本专利技术与现有空气源热泵设备控制方式的主要对比如下。本专利技术提供的一种基于5G(兼容4G)及大数据技术的智慧空气源热泵控制系统及方法，简化了前端设备的设计，提高前端设备的稳定性，降低了设备的成本，降低了人工维护的成本，扩展了大数据及人工智能技术的应用范围。为解决上述问题，本专利技术采取的技术方案为：基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统，包括安装于用户端、用于实现用户端制热制冷功能的空气源热泵设备和安装于管理中心的空气源热泵系统监控管理平台，所述的空气源热泵系统监控管理平台通过物联网技术与空气源热泵设备的中央控制器进行数据交互，实现空气源热泵设备的数据采集、数据分析与计算并将动作指令下传至空气源热泵设备，从而实现对系统中所有空气源热泵设备实时监控。进一步，所述的空气源热泵设备的中央控制器设有输入接口、输出接口、通信接口；所述的输入接口采集空气源热泵设备的信号数据，信号数据采集后进行打包并通过通信接口发送至空气源热泵系统监控管理平台，空气源热泵系统监控管理平台进行数据分析计算后返回对空气源热泵设备的控制信号至空气源热泵设备的中央控制器，空气源热泵设备的中央控制器经输出接口输出控制信号后各执行单元执行相应的控制信号实现空气源热泵设备的优化运行。所述的通信接口为5G兼容4G的通信接口。本专利技术通过5G/4G物联网技术，实现空气源热泵设备与后台管理系统之间的传感器数据采集、采集数据上传、数据分析与计算、动作指令下传、动作执行等不断循环的流程，实现管理系统对空气源热泵设备的实时控制，解决了空气源热泵控制电路软硬件资源受限造成的无法优化运行的问题，简化了前端的软硬件设计，提高了设备的稳定性和可靠性。进一步，所述的空气源热泵设备的中央控制器的输入接口包括外部环境监测接口、蒸发器信号采集接口、冷凝器信号采集接口、压缩机信号采集接口以及变频风机信号采集接口；所述的外部环境监测接口用于接入外部环境温度信号、外部环境湿度信号、外部环境噪声信号；所述的蒸发器信号采集接口用于接入蒸发器入口温度信号、蒸发器出口温度信号、蒸发器出口压力信号；所述的冷凝器信号采集接口用于接入冷凝器入口温度信号、冷凝器出口温度信号、冷凝器入口流量信号；所述的压缩机信号采集接口用于接入压缩机吸气温度信号、压缩机排气温度信号、压缩机排气压力信号、压缩机故障信号；所述的变频风机信号采集接口用于接入风机故障信号。进一步，所述的空气源热泵设备的中央控制器的输出接口包括电子膨胀阀输出接口、变频风机输出接口、增焓膨胀阀输出接口、四通换向阀输出接口、压缩机输出接口、除霜循环泵输出接口；所述的电子膨胀阀输出接口用于输出电子膨胀阀步进电机控制信号；所述的变频风机输出接口用于输出风机频率控制信号；增焓膨胀阀输出接口用于输出增焓膨胀阀步进电机控制信号；所述的四通换向阀输出接口用于输出四通换向阀继电器控制信号；所述的压缩机输出接口用于输出压缩机继电器控制信号；所述的除霜循环泵输出接口用于输出除霜循环泵流量控制信号，在防结霜过程控制冷凝器中的热水流入换热管，通过变频风机使蒸发器及换热管外的空气流动，利用热空气对蒸发器表面进行加热防结霜。本专利技术改变原有设备的分立运行的方式，统一管理空气源热泵设备中的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器及配套设备的运行，使整体系统实现最佳匹配状态，提高设备的COP值。通过集中实时控制的管理方式，系统的建设更加灵活，减少了系统的建设成本、维护成本，提升了系统的运行效率和维护效率，非常适用于大范围的推广使用。所述的空气源热泵系统监控管理平台包括外网接口、信息采集系统、数据库服务器、运行控制系统、大屏幕监控系统以及运行监控终端。外网接口：空气源热泵系统监控管理平台通过外网接口实现和外网的连接，以连接系统中所有的智慧空气源热泵系统以及实现和智慧城市及大数据平台的数据交互。信息采集系统：信息采集系统实现和所有的智慧空气源热泵设备的数据交换，一方面采集智慧空气源热泵设备发送来的信号数据，另一方面把运行控制系统的控制策略及参数下发至智慧空气源热泵设备，实现空气源热泵系统监控管理平台和智慧空气源热泵设备的联通和控制。运行控制系统：空气源热泵运行控制系统实现对采集的智慧空气源热泵设备的信号数据的处理，实现对每台智慧空气源热泵的结霜过程的判断，实现对历史数据的大数据分析，计算优化的控制策略，实现多台热泵设备的均衡策略，完成对所有智慧空气源热泵设备控制策略的自动和人工调整。数据库服务器：数据库服务器实现系统中所有数据的存储功能，包括采集信息、控制策略指令、指令执行情况、系统维护信息、系统运行信息等。随着系统业务开展和装机量的不断增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统，其特征在于：包括安装于用户端、用于实现用户端制热制冷功能的空气源热泵设备和安装于管理中心的空气源热泵系统监控管理平台，所述的空气源热泵系统监控管理平台通过物联网技术与空气源热泵设备的中央控制器进行数据交互，实现空气源热泵设备的数据采集、数据分析与计算并将动作指令下传至空气源热泵设备，从而实现对系统中所有空气源热泵设备实时监控。/n

【技术特征摘要】
1.基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统，其特征在于：包括安装于用户端、用于实现用户端制热制冷功能的空气源热泵设备和安装于管理中心的空气源热泵系统监控管理平台，所述的空气源热泵系统监控管理平台通过物联网技术与空气源热泵设备的中央控制器进行数据交互，实现空气源热泵设备的数据采集、数据分析与计算并将动作指令下传至空气源热泵设备，从而实现对系统中所有空气源热泵设备实时监控。


2.根据权利要求1所述的基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统，其特征在于：所述的空气源热泵设备的中央控制器设有输入接口、输出接口、通信接口；所述的输入接口采集空气源热泵设备的信号数据，信号数据采集后进行打包并通过通信接口发送至空气源热泵系统监控管理平台，空气源热泵系统监控管理平台进行数据分析计算后返回对空气源热泵设备的控制信号至空气源热泵设备的中央控制器，空气源热泵设备的中央控制器经输出接口输出控制信号后各执行单元执行相应的控制信号实现空气源热泵设备的优化运行。


3.根据权利要求2所述的基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统，其特征在于：所述的空气源热泵设备的中央控制器的输入接口包括外部环境监测接口、蒸发器信号采集接口、冷凝器信号采集接口、压缩机信号采集接口以及变频风机信号采集接口；所述的外部环境监测接口用于接入外部环境温度信号、外部环境湿度信号、外部环境噪声信号；
所述的蒸发器信号采集接口用于接入蒸发器入口温度信号、蒸发器出口温度信号、蒸发器出口压力信号；所述的冷凝器信号采集接口用于接入冷凝器入口温度信号、冷凝器出口温度信号、冷凝器入口流量信号；所述的压缩机信号采集接口用于接入压缩机吸气温度信号、压缩机排气温度信号、压缩机排气压力信号、压缩机故障信号；所述的变频风机信号采集接口用于接入风机故障信号。


4.根据权利要求2所述的基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统，其特征在于：所述的空气源热泵设备的中央控制器的输出接口包括电子膨胀阀输出接口、变频风机输出接口、增焓膨胀阀输出接口、四通换向阀输出接口、压缩机输出接口、除霜循环泵输出接口；所述的电子膨胀阀输出接口用于输出电子膨胀阀步进电机控制信号；所述的变频风机输出接口用于输出风机频率控制信号；增焓膨胀阀输出接口用于输出增焓膨胀阀步进电机控制信号；所述的四通换向阀输出接口用于输出四通换向阀继电器控制信号；所述的压缩机输出接口用于输出压缩机继电器控制信号；所述的除霜循环泵输出接口用于输出除霜循环泵流量控制信号。


5.根据权利要求1所述的基于大数据技术的智慧空气源热泵控制系统，其特征在于：所述的空气源热泵系统监控管理平台包括外网接口、信息采集系统、数据库服务器、运行控制系统、大屏幕监控系统以及运行监控终端。


6.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴天文，耿哲，薛磊，张洪锦，梁晓方，
申请(专利权)人：山东和同信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37