本发明专利技术公开了一种地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统和控制方法，它提出针对各别地源热泵复合系统的具体特点、结合当地的气象参数，通过对整个系统全年运行的动态模拟和优化来确定控制策略和特定的控制参数。控制系统以热泵冷凝器出口流体温度与大气湿球温度之差为主要控制变量，以热泵冷凝器入口流体温度为辅助控制变量，通过优化控制冷却塔的启停，使其与地埋管换热器配合实现地源热泵复合系统的节能运行，并保证地下环境全年的冷热负荷平衡。为此，给出了该控制系统的具体构成和控制逻辑。为校核地下环境的冷热平衡，本发明专利技术的控制系统中还包括了累计地埋管换热器冷热量的检测装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种为建筑提供供热和空调的、由地理管换热器和辅助散热装置冷却塔组成的地源热泵复合系统的控制技术，特别是涉及为实现地理管换热器全年冷热负荷平衡和地源热泵复合系统节能优化运行的控制系统和控制方法。
技术介绍
地理管地源热泵系统通过在地下埋设管道，构成“地热换热器”，使大地成为热泵系统的冷热源，满足夏天制冷、冬天供暖和供应生活热水的需要，并达到节能运行的目的，可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体CO2和其它燃烧产生的污染物的排放，是ー项节能、节水、无污染、可再生的绿色环保制冷供热新技木。常见的地源热泵系统通过闭环式地理管换热器夏季向土壌释放热量、冬季从土壤中吸收热量，通过热泵实现对建筑物供冷供热。建筑物的冷热负荷与建筑物所处位置的气候条件和建筑物自身结构及使用情况有关，通常情况下地埋管换热器全年的冷热负荷是不平衡的。北方建筑物热负荷远大于冷负荷，而南方情况则相反。如果地埋管换热器的吸热和放热不平衡，多余的热量(或冷量)就会在地下积累，引起地下年平均温度的变化。对于冬冷夏热地区的居住建筑和办公建筑，以及大量非严寒地区的大型商用建筑，它们的冷负荷比热负荷大得多，是冷负荷占优势的，也就是热泵系统全年排出的热量远大于吸收的热量。単一的地理管换热器作为系统的冷热源将使从土壤中提取的热量和排入土壤的热量不平衡，长期作用会使土壌温度升高进而使热泵夏季进水温度升高，从而降低系统性能，甚至使系统失效。因此冷负荷占优势的建筑中应使用地源热泵复合系统，按建筑物热负荷设计地埋管换热器，通过使用冷却塔或其他辅助散热装置来排除建筑物多余的冷负荷，使地理管换热器全年的冷热负荷平衡。开式或闭式冷却塔是地源热泵复合系统中最常见的辅助散热装置。由于按较小的热负荷设计地理管换热器的长度，减小了地理管换热器的埋管长度，降低了系统的初投资并通过补偿地埋管负荷的年不平衡改善了系统性能。此外，由于减小了地理管换热器的埋管长度，地源热泵复合系统还可用在因地质条件和地面面积限制没有足够的空间安装能满足建筑物冷负荷的地理管换热器的场合。与大多数实时參数控制的系统不同，地源热泵复合系统一方面其运行条件是瞬时变化的，但是其控制目标是其系统运行全年累积的效应；这就为设定系统的实时控制策略造成很大的困难，以至于现有的有关该复合系统的技术成果和专利中都没有提出能切实解决地下环境全年的冷热平衡和系统的节能优化为目标的系统控制策略和方案。针对地理管加冷却塔的地源热泵复合系统及其冷热负荷平衡控制问题，已经有了ー些专利“ー种冷却塔辅助土壌源热泵供冷系统的优化控制装置，申请号200720097110. X”是内容上与本专利申请最接近的ー个。但是该专利申请的主要篇幅用于描述复合系统的硬件构成，在系统的控制策略上存在明显的不足。该专利提出以实测的系统负荷以及热泵和冷却塔的进出口水温决定系统运行模式间的切換，对所有的系统设置和气象条件都规定控制參数的上下域值为9°C和5°C。这样的控制策略完全没有考虑地理管换热器全年冷热负荷平衡的问题，虽然因为有冷却塔的辅助散热作用必定会减轻地下的不平衡，但无法通过这种控制保证地埋管换热器的冷热负荷平衡。此外，该专利在控制逻辑中假定地埋管换热器和冷却塔的散热能力都是常数，也显然与它们的设计运行规律不符。在本申请的控制方法中将针对各别地源热泵复合系统的具体特点并结合当地的气象参数，通过对整个系统全年运行的动态模拟，以地埋管换热器全年冷热负荷平衡和系统的节能运行为目标进行系统优化，来确定控制策略和特定的控制参数的域值。通过建立系统动态数学模型，对系统全年运行进行动态模拟和优化。在大量计算和研究的基础上，本申请提出以热泵冷却水出口温度与室外湿球温度之差(该参数是影响冷却塔效率的关键参数)为主要控制参数，以热泵冷却水进口温度(该参数是保证热泵可靠运行和决定热泵能效的关键参数)为辅助控制参数。这些参数及其域值的设定都是针对特定系统由动态模拟和优化来决定的。因此，从控制方法的总体思路以及具体方法上看，本申请与上述专利有本质的差别。“地源热泵自适应热平衡控制系统，申请号201110076045. 3”提出以地埋管出口温度与室外湿球温度之差为控制参数，人为设定控制的域值为3-7°C。为了实现地下的冷热负荷平衡，通过对前一年运行数据的实测，对下年的运行策略进行调整，称之为“自适应”。这种方法需要对系统进行数年的调整，而且无法顾及系统的节能优化运行控制。 “一种地源热泵系统热平衡率测试仪，申请号201120269506. 4”单纯通过实测地埋管换热器全年累积的冷热负荷，“供后续进行相应改进”，没有提出控制方法和策略。应该指出，本专利申请提出的控制系统也包括了累计冷热量的检测装置，但只是作为对理论模型和控制效果的校核作用，确保控制系统的可靠性，不成为控制方法的主体。“竖直地埋管式地源热泵热水及空调系统，申请号201120361977. 8”提出了对冷负荷远大于热负荷的地源热泵系统采用带冷却塔的复合系统，对于控制问题，仅提出由控制系统控制阀门的启停，没有提出实质性的控制方案。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，它作为一个组成部分服务于包括热泵、地埋管换热器、冷却塔、室内空调系统的地源热泵复合系统。本专利技术通过优化控制地源热泵复合系统中的辅助散热装置冷却塔的启停，使其与地埋管换热器配合实现地源热泵复合系统的节能运行，并保证地下环境全年的冷热基本平衡。本专利技术提出针对各别地源热泵复合系统的具体特点、结合当地的气象参数，通过整个系统全年运行的动态模拟和优化来确定控制策略和特定的控制参数。控制系统采用以热泵、地埋管及冷却塔为被控对象，以热泵冷凝器出口流体温度与大气湿球温度之差为主要控制变量，以热泵冷凝器入口流体温度为辅助控制变量，构成控制逻辑。各控制参数数值的设定需要根据当地特定的气象参数、建筑负荷和系统的配置经过系统动态优化模拟得到，应该作为应用于实际系统的工程控制软件中输入的设定参数。为校核地下环境的冷热平衡，控制系统还包括了累计冷热量的检测装置。一种地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，它包括安装在热泵冷凝器出口、热泵冷凝器入口处流体的温度传感器，安装在冷却塔室外的测量空气湿球温度的湿球温度传感器，以热泵出口流体温度与室外湿球温度之差作为主控制参数送入控制器，以热泵进口流体的温度作为辅助控制参数，送入控制器；在地埋管换热器出口和入口设置累计流体冷热量的检测和校核装置，获取地埋管换热器中的流体累计冬季从土壤中提取的热量和地埋管换热器中的流体累计夏季排入土壤的热量，作为地埋管换热器全年冷热负荷平衡的校核信号；控制器根据采集的各温度数据分别控制冷却塔开启或关闭。所述累计冷热量的检测和校核装置包括测量地埋管换热器出口和入口水温的的热电阻及测量地埋管换热器流量的流量传感器。所述控制器采用DDC方式控制冷却塔启动和停止，控制器与打印装置、显示和外部设置装置连接。 所述在地埋管换热器和热泵之间设有冷却水循环水泵，在热泵冷凝器入口处设有冷冻水循环水泵，在板式换热器和冷却塔之间设有水泵，冷却塔的顶部设有风机，冷却水循环水泵、冷冻水循环水泵、水泵和风机均与控制器连接。所述冷却塔开启时先开启水泵，再开本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，其特征是，它包括安装在热泵冷凝器出口、热泵冷凝器入口处流体的温度传感器，安装在冷却塔室外的测量空气湿球温度的湿球温度传感器，以热泵冷凝器出口流体温度与室外湿球温度之差作为主控制参数送入控制器，以热泵冷凝器进口流体的温度作为辅助控制参数，送入控制器；在地埋管换热器出口和入口设置累计流体冷热量的检测和校核装置，获取地埋管换热器中的流体累计冬季从土壤中提取的热量和地埋管换热器中的流体累计夏季排入土壤的热量，作为地埋管换热器全年冷热负荷平衡的校核信号；控制器根据采集的各温度数据分别控制冷却塔开启或关闭。
【技术特征摘要】
1.一种地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，其特征是，它包括安装在热泵冷凝器出口、热泵冷凝器入口处流体的温度传感器，安装在冷却塔室外的测量空气湿球温度的湿球温度传感器，以热泵冷凝器出口流体温度与室外湿球温度之差作为主控制参数送入控制器，以热泵冷凝器进口流体的温度作为辅助控制参数，送入控制器； 在地埋管换热器出口和入口设置累计流体冷热量的检测和校核装置，获取地埋管换热器中的流体累计冬季从土壤中提取的热量和地埋管换热器中的流体累计夏季排入土壤的热量，作为地埋管换热器全年冷热负荷平衡的校核信号； 控制器根据采集的各温度数据分别控制冷却塔开启或关闭。2.如权利要求I所述地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，其特征是，所述累计冷热量的检测和校核装置包括测量地埋管换热器出口和入口流体温度的热电阻及测量地埋管换热器流体流量的流量传感器。3.如权利要求I所述地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，其特征是，所述控制器采用DDC方式控制冷却塔启动和停止，控制器与打印装置、显示装置和外部设置装置连接。4.如权利要求I所述地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，其特征是，所述地埋管换热器和热泵之间设有冷却水循环水泵，热泵冷凝器入口处设有冷冻水循环水泵，冷却塔通过水泵与板式换热器连接；冷却塔顶部还设有风机，冷却水循环水泵、冷冻水循环水泵、水泵和风机均与控制器连接。5.如权利要求4所述地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统，其特征是，所述冷却塔开启时先开启水泵，再开启风机，所述冷却塔停止时，先关闭风机，再关闭水泵。6.基于权利要求I所述地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统的一种控制方法，其特征是，它根据建筑的负荷特性、气象参数以及地源热泵复合系统的设置，以全年地下环境的冷热平衡和地源热泵复合系统的节能优化为目标，对整个地源热泵复合系统的全年运行进行动态模拟和优化，确定控...
【专利技术属性】
技术研发人员：方肇洪，满意，赵强，
申请(专利权)人：山东中瑞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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