周 莉，焦 洋

山東絲綢紡織職業(yè)學(xué)院，山東淄博 255300

能源問題是人類面臨的重大挑戰(zhàn)之一，如何高效地利用地能資源是解決能源問題的有效方法。目前國(guó)內(nèi)外利用地能的一種重要形式就是地源熱泵系統(tǒng)。山東絲綢紡織職業(yè)學(xué)院積極響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，地源熱泵系統(tǒng)在2010年11月正式投入運(yùn)行，能過(guò)完全滿足日常工作、生活需要。將低溫?zé)嵩吹臒崮苻D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩吹难b置就是熱泵。按熱泵驅(qū)動(dòng)功的形式分吸收式熱泵、蒸汽噴射式熱泵、機(jī)械壓縮式熱泵。其中，最常見的是機(jī)械壓縮式熱泵。而根據(jù)機(jī)械壓縮式熱泵所吸收的可再生低位熱源的種類，又可將熱泵分為：空氣源熱泵、水源熱泵和地源熱泵等。

1 地源熱泵介紹

地源熱泵技術(shù)，它是利用淺層常溫土壤中的能量作為能源，具有高效節(jié)能、無(wú)污染、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以采暖還可以制，并且還可提供衛(wèi)生熱水。實(shí)際上是利用地下土壤常年溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，是一種通過(guò)埋入建筑物周圍的地耦管與建筑物內(nèi)部完成熱交換的裝置。冬季時(shí)，將大地中的熱能提高以便對(duì)建筑物供暖，將建筑物內(nèi)的冷量?jī)?chǔ)存至地下，以備夏季制冷使用；而在夏季，則是通過(guò)熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對(duì)其降溫，并儲(chǔ)存熱量，以備冬季制熱使用。地源熱泵技術(shù)被稱為21世紀(jì)的“綠色空調(diào)技術(shù)”，是目前中央空調(diào)方案中的最佳選擇。

2 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)由三部分組成：能量采集系統(tǒng)，能量提升系統(tǒng)，能量釋放系統(tǒng)。能量采集系統(tǒng)是采集大地土壤所蘊(yùn)藏著的豐富低溫?zé)崮?。能量提升系統(tǒng)是將采集來(lái)的能量經(jīng)提升交換，進(jìn)而傳送至空調(diào)空間，便于以實(shí)現(xiàn)能量的釋放。能量釋放系統(tǒng)則是地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)在建筑物內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)部分，簡(jiǎn)稱空調(diào)，就是調(diào)節(jié)空氣的濕度、溫度、清潔度，將其控制在合適的范圍內(nèi)，保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量，使人感到舒適。

3 地源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)

地源熱泵的空調(diào)系統(tǒng)是按最大負(fù)荷設(shè)計(jì)的，同時(shí)還會(huì)乘以一個(gè)系數(shù)，設(shè)備的選擇都是按最不利的工況來(lái)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，因此留有相當(dāng)?shù)挠嗔?。機(jī)組的自動(dòng)化控制主要是解決空調(diào)系統(tǒng)的能源有效利用和節(jié)能。地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行則是采用柔性變?nèi)萘考夹g(shù)調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行負(fù)載，因此，節(jié)能效果比較顯著。

自動(dòng)控制系統(tǒng)具有定時(shí)開關(guān)機(jī)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，手動(dòng)、自動(dòng)切換工作狀態(tài)，故障自動(dòng)判斷、處理、報(bào)警、內(nèi)存記錄，與附屬設(shè)備聯(lián)動(dòng)，能量控制，運(yùn)行管理，負(fù)荷匹配，運(yùn)行限制，全中文信息，觸摸屏顯示等功能。自控控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，開關(guān)S給出信號(hào)，首先工作的是空調(diào)側(cè)和地緣側(cè)循環(huán)泵，在感應(yīng)系統(tǒng)接收到工作信號(hào)后，緊接著命令傳感器組檢測(cè)水溫、室溫等信號(hào)，同時(shí)將檢測(cè)結(jié)果反饋給單片機(jī)，根據(jù)結(jié)果，單片機(jī)決定壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥等的工作。

地源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)分為三大部分：循環(huán)泵組部分，感應(yīng)系統(tǒng)，運(yùn)行部分。其中，循環(huán)泵組部分，采用的是繼電器控制系統(tǒng)。

繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)、行程開關(guān)等低壓電器組成了繼電器控制系統(tǒng)，通過(guò)電氣觸點(diǎn)的閉合和分?jǐn)嗫刂齐娐返慕油ê蛿嚅_，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)、停止、調(diào)速、制動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)與保護(hù)等的自動(dòng)控制。它具備控制器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、控制方式直觀、容易掌握、工作可靠、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，也具有接線復(fù)雜、易出故障、可靠性差、維修費(fèi)用高、體積較大、控制速度慢等的缺點(diǎn)。

對(duì)于可編程控制器控制系統(tǒng)，則具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、通用性好、功能強(qiáng)大、體積小、功耗低、設(shè)計(jì)施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此，對(duì)于此循環(huán)側(cè)泵組采用PLC控制進(jìn)行改造。

4 改造原則

不管是哪種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程或生產(chǎn)設(shè)備的工藝要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：

1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求；2）確保PLC控制系統(tǒng)安全可靠；3）力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便；4）適應(yīng)發(fā)展的需求；5）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有容量。

繼電器控制系統(tǒng)移植成PLC梯形圖應(yīng)遵循的規(guī)則是：時(shí)間觸點(diǎn)的等效規(guī)則、輸入觸點(diǎn)的常態(tài)規(guī)則、輸出電路的安全規(guī)則、形式一致規(guī)則、梯級(jí)可執(zhí)行規(guī)則、邏輯等價(jià)性規(guī)則。

繼電器控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)化成PLC控制時(shí)應(yīng)滿足的條件是：

1）輸入元器件與輸出元器件要求一致；2）梯形圖中各元器件的控制順序時(shí)應(yīng)根據(jù)繼電接觸器電路的的控制過(guò)程來(lái)編排，并且要符合控制邏輯；3）每個(gè)輸出繼電器在繼電器控制電路和梯形圖中都應(yīng)是用其常開觸點(diǎn)自鎖的；4）梯形圖的回路和繼電器控制電路間都是用其常閉觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖的；5）在發(fā)生狀態(tài)變化的控制時(shí)，繼電器控制電路中往往采用中間繼電器，而對(duì)于梯形圖則是采用狀態(tài)繼電器對(duì)受控元件加以監(jiān)控；6）繼電器的觸點(diǎn)在繼電氣控制電路中只能使用一次。對(duì)于梯形圖中的同一個(gè)觸點(diǎn)則可以使用多次；7）在繼電器控制電路中，觸點(diǎn)和線圈是同一個(gè)組合體，一旦給繼電器、接觸器通電，線圈和觸點(diǎn)幾乎同時(shí)動(dòng)作。對(duì)于梯形圖，則只存在控制上的邏輯關(guān)系。當(dāng)線圈作為輸出元件或是控制的中間條件線圈，只限于使用一次。

5 結(jié)論

作為一種環(huán)保節(jié)能的空調(diào)方式，地源熱泵是一項(xiàng)跨專業(yè)的綜合能源利用技術(shù)，需要通過(guò)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的通力協(xié)作來(lái)完成的。近幾年來(lái)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在國(guó)外很多國(guó)家都取得了較快的發(fā)展，在中國(guó)，地源熱泵市場(chǎng)也日趨繁榮，可以預(yù)測(cè)，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。

[1]鄭貴兵.地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].廣西大學(xué)，2007.

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