用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統，包括地源熱泵單元、水冷螺桿單元、冷卻塔單元、負載泵、冷卻塔泵和源水泵，及地源熱泵溫度傳感器、水冷螺桿溫度傳感器、冷卻塔溫度傳感器、室外溫度傳感器、地溫傳感器、地源熱泵流量傳感器、水冷螺桿流量傳感器、冷卻塔流量傳感器；采集控制單元，用于采集各傳感器所采集的數據信息，并根據所采集的數據進行相應的控制判斷；根據判斷結果對負載側水管路控制閥和源水側水管路控制閥進行相應控制。采集控制單元通過控制閥對所采集數據做出相應回應，由此實現冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵系統的高效管理，提高運行效率，降低運行能耗，特別適合江浙一帶夏熱冬冷地區的環境，保證經濟性。
【專利說明】用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵的控制技術，尤其是一種用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統。
【背景技術】
[0002]在地源熱泵的應用和研究過程中，人們逐漸發現:地源熱泵具有其適用的最佳地域范圍，即冷熱負荷相當的建筑所在地區。而對于其他類型的地理環境和氣候條件，一旦應用不當，地源熱泵的優勢不僅得不到很好的發揮，而且很可能適得其反，甚至于消耗更多的能量。因此，復合式地源熱泵應運而生。
[0003]例如，在我國南方以夏季空調為主的地區，建筑物夏季的總冷負荷遠遠大于冬季的總熱負荷，如果采用地源熱泵冬夏兼用，就會導致系統夏天向土壤中排放的熱量遠大于冬天從土壤中提取的熱量，長年累月就會導致地埋管周圍土壤溫度的持續升高，由此使地源熱泵系統地埋管進水溫度上升，機組效率下降，能耗增加。此外，在經濟性方面，如果在冷負荷遠大于熱負荷的建筑內采用單一型的土壤源熱泵進行制冷供熱，由于要滿足夏季較大的冷負荷，勢必要根據冷負荷來確定地下埋管的長度，這不僅會造成冬季埋管的容量過大，而且會加大地埋管的配置，極大地增加系統的初投資，影響系統的經濟性。因此，為了提高地源熱泵系統的運行效率和經濟性，在江浙一帶夏熱冬冷地區，則需要有更好地輔助冷卻系統的介入，如冷卻塔輔助散熱系統，同時還要研究如何完善系統，從而對所介入的系統進行合理高效的效能控制。
[0004]所謂冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵，是指地源熱泵(地埋管換熱器)加上冷卻塔輔助散熱的熱泵系統。將地埋管地源熱泵與冷卻塔相結合，能夠彌補單獨采用地源熱泵在某些地區應用上的缺陷，使其優越的性能得到更好的發揮。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本實用新型提供了一種設計合理，可以對冷卻塔等設備進行實時監控，同時根據監控所得數據進行實時操作的用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統。
[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統，包括地源熱泵單元、水冷螺桿單元、冷卻塔單元、負載泵、冷卻塔泵和源水泵，還包括有:
[0007]地源熱泵溫度傳感器，用于監測地源熱泵單元中供回水的溫度，并產生相應的地源熱泵溫度數據；
[0008]水冷螺桿溫度傳感器，用于監測水冷螺桿單元中供回水的溫度，并產生相應的水冷螺桿溫度數據；
[0009]冷卻塔溫度傳感器，用于監測冷卻塔單元中供回水的溫度，并產生相應的冷卻塔溫度數據；
[0010]室外溫度傳感器，用于監測室外的溫度，并產生相應的室外溫度數據；
[0011]地溫傳感器，用于監測地下場的溫度，并產生相應的地溫數據；
[0012]地源熱泵流量傳感器，用于監測地源熱泵單元的流量，并產生相應的地源熱泵流量數據；
[0013]水冷螺桿流量傳感器，用于監測水冷螺桿單元的流量，并產生相應的水冷螺桿流量數據；
[0014]冷卻塔流量傳感器，用于監測冷卻塔單元的流量，并產生相應的冷卻塔流量數據；
[0015]采集控制單元，用于采集地源熱泵溫度數據、水冷螺桿溫度數據、冷卻塔溫度數據、室外溫度數據、地溫數據、地源熱泵流量數據、水冷螺桿流量數據和冷卻塔流量數據，并根據所采集的數據進行相應的控制判斷；
[0016]負載側水管路控制閥，受控于采集控制單元；
[0017]冷卻塔水管路控制閥，受控于采集控制單元；
[0018]源水側水管路控制閥，受控于采集控制單元。
[0019]進一步設置為:所述用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統還包括有總電量表，用于監控地源熱泵單元、水冷螺桿單元、冷卻塔單元、負載泵、冷卻塔泵和源水泵全部的耗電總量，并產生相應的總電量數據；所述總電量數據由采集控制單元進行采集，采集控制單元根據所采集的數據進行相應的控制判斷。該總電流表被安裝于電路輸入端的起始端，從而便于監測所有用電單元的耗電總量。采集控制單元所做的控制判斷是根據所采集的數據，并對數據進行分析(該分析可以通過人工實現)，通過采集控制單元內的電路模塊對地源熱泵主機、水冷螺桿機組、冷卻塔、各泵以及控制閥等部件做出相應的控制。
[0020]進一步設置為:所述用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統還包括有:負載壓力傳感器，用于監測負載側水管路的壓力，并產生相應的負載壓力數據；源水壓力傳感器，用于監測源水側水管路的壓力，并產生相應的源水壓力數據；所述負載壓力數據和源水壓力數據由采集控制單元進行采集，采集控制單元根據所采集的數據進行相應的控制判斷。采集控制單元所做的控制判斷是根據工作人員的人工操作，通過采集控制單元內的電路模塊對各泵和控制閥等部件做出相應的控制。
[0021]進一步設置為:所述用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統還包括有:負載泵變頻節能儀，串接于負載泵和采集控制單元，且受控于采集控制單元；冷卻塔泵變頻節能儀，串接于冷卻塔泵和采集控制單元，且受控于采集控制單元；源水泵變頻節能儀，串接于源水泵和采集控制單元，且受控于采集控制單元。
[0022]進一步設置為:所述用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統還包括有:儲備單元，用于儲備所采集的數據、及采集控制單元控制判斷后的數據；顯示單元，用于顯示所采集的數據、及采集控制單元控制判斷后的數據。
[0023]本實用新型的有益效果是:各個單元和部件間的連接均通過有線或無線的形式進行數據收集和傳遞，通過各溫度傳感器、流量傳感器以及壓力傳感器工作，將各單元、部件或位置處所對應的溫度、流量和壓力數據進行采集，并匯總給采集控制單元，而位于采集控制單元處的工作人員則根據所采集到的相應數據進行計算判斷，而后通過控制地源熱泵主機、水冷螺桿主機、負載泵、冷卻塔泵、源水泵、負載側水管路控制閥、冷卻塔水管路控制閥以及源水水管路控制閥，實現冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵系統的高效管理，提高整套系統的運行效率，降低運行能耗，特別是適合江浙一帶夏熱冬冷地區的環境，保證江浙一帶使用的經濟性。當然，采集控制單元除了可以由工人現場操作外，可以實現遠程操作和自動化控制，從而大大降低工人的勞動強度和勞動成本，為企業節省成本，提高企業的效益。其中，負載側水管路控制閥、冷卻塔側水管路控制閥和源水側水管路控制閥分別安裝于負載側水管路、冷卻塔側水管路以及源水側水管路上。控制閥為電動調節閥，可以通過調節電動閥的開度，調節管路水流量，達到供給的能量與需求量平衡的優化控制。同時此閥還可以控制系統管路的通斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型實施例的控制框圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述:
[0026]如圖1所示，本實施例包括地源熱泵單元1、水冷螺桿單元2、冷卻塔單元3、負載泵4、冷卻塔泵5、源水泵6、采集控制單元7、及相應的溫度傳感器8、流量傳感器9和控制閥10。溫度傳感器8包括用于監測地源熱泵單元1中供回水溫度的地源熱泵溫度傳感器，該地源熱泵溫度傳感器將根據所采集的信息產生相應的地源熱泵溫度數據；用于監測水冷螺桿單元2中供回水溫度的水冷螺桿溫度傳感器，該水冷螺桿溫度傳感器將根據所采集的信息產生相應的水冷螺桿溫度數據；用于監測冷卻塔單元3中供回水溫度的冷卻塔溫度傳感器，該冷卻塔溫度傳感器將根據所采集的信息產生相應的冷卻塔溫度數據；用于監測室外溫度的室外溫度傳感器17，該室外溫度傳感器17將根據所采集的信息產生相應的室外溫度數據；用于監測地下場溫度的地溫傳感器18，該地溫傳感器18將根據所采集的信息產生相應的地溫數據。流量傳感器9包括用于監測地源熱泵單元1中流量的地源熱泵流量傳感器，該地源熱泵流量傳感器將根據所采集的信息產生相應的地源熱泵流量數據；用于監測水冷螺桿單元2流量的水冷螺桿流量傳感器，該水冷螺桿流量傳感器將根據所采集的信息產生相應的水冷螺桿流量數據；用于監測冷卻塔單元3流量的冷卻塔流量傳感器，該冷卻塔流量傳感器將根據所采集的信息產生相應的冷卻塔流量數據。控制閥10包括受控于采集控制單元7的負載側水管路控制閥、冷卻塔水管路控制閥和冷卻塔水管路控制閥。為了便于管理控制，各控制閥統一安裝于閥門控制箱13內。采集控制單元7通過網絡連接器71與各單元、傳感器和變頻節能儀進行數據連接和交換。其中，地源熱泵溫度數據、水冷螺桿溫度數據、冷卻塔溫度數據、室外溫度數據、地溫數據、地源熱泵流量數據、水冷螺桿流量數據和冷卻塔流量數據采集后統一匯總至采集控制單元7，而后采集控制單元7根據所采集的數據進行相應的控制判斷，并對負載側水管路控制閥、冷卻塔水管路控制閥和冷卻塔水管路控制閥進行相應控制操作。
[0027]本實施例中還包括有總電量表11、及相應的壓力傳感器12和變頻節能儀。總電量表11用于監控地源熱泵單元1、水冷螺桿單元2、冷卻塔單元3、負載泵4、冷卻塔泵5和源水泵6全部的耗電總量，并產生相應的總電量數據，其中總電量數據由采集控制單元7進行采集，通過采集控制單元7，并結合所采集的數據進行相應的控制操作。壓力傳感器12包括負載壓力傳感器和源水壓力傳感器，負載壓力傳感器用于監測負載側水管路控制閥的壓力，并產生相應的負載壓力數據；源水壓力傳感器用于監測源水側水管路控制閥的壓力，并產生相應的源水壓力數據。其中，負載壓力數據和源水壓力數據由采集控制單元7進行采集，采集控制單元7根據所采集的數據進行相應的控制判斷。變頻節能儀包括負載泵變頻節能儀14、冷卻塔泵變頻節能儀15和源水泵變頻節能儀16，負載泵變頻節能儀14串接于負載泵4和采集控制單元7，且受控于采集控制單元7 ;冷卻塔泵變頻節能儀15串接于冷卻塔泵5和采集控制單元7，且受控于采集控制單元7 ;源水泵變頻節能儀16串接于源水泵6和采集控制單元7，且受控于采集控制單元7。
[0028]為了保證系統運行的智能化，更符合當今社會的需要，則本實用新型還包括儲備單元和顯示單元。儲備單元用于儲備所采集的數據、及采集控制單元7控制判斷后的數據；顯示單元用于顯示所采集的數據、及采集控制單元7控制判斷后的數據。
[0029]本實用新型中，地源熱泵單元1和水冷螺桿單元2的數據采集以及智能控制系統，配合遠程智能操作平臺，達到實時數據采集分析，監測系統能耗，科學管理智能控制系統中各單元、水泵等設備運行和系統的運行策略的作用。安裝于設備機房內的控制閥10、變頻節能儀以及總電量表11等全部具有獨立控制功能，與機房內配電箱及溫度、流量等傳感器等進行連接和通訊。通過0PC協議(OLE for Process Control,用于過程控制的OLE)解析，與各控制柜進行通訊，所有的連鎖及協調動作均自動在控制器內完成。在系統實行自動控制、遠程及現場這三種方式，實現對地源熱泵主機、循環水泵、冷卻塔及相關閥門的智能控制，并與遠程設立的監控系統實現互相通訊。
[0030]控制系統預留與BAS 系統(Broadband Access Server/Broadband Remote AccessServer,寬帶接入服務器)的開放式通訊接口，并可以集成到BAS系統，BAS系統再通過0PC技術完成對整個機房的遠程監控。通過機房內安裝的溫度傳感器8、流量傳感器9等控制儀表對數據進行采集，向BAS系統提供如下實時數據:冷凍水供回水溫度、冷凍水流量；地埋管側供回水溫度、水流量；各單元運行參數、報警信息；各泵的運行狀態、故障報警、運行頻率；冷卻塔的供回水溫度、流量、冷卻塔風機的運行頻率等。同時對于地埋管換熱器，可通過地溫傳感器18采集地溫場溫度。本實用新型不僅實現地埋管地源熱泵系統的高效管理，而且提高整套系統的運行效率，降低運行能耗，特別是適合江浙一帶夏熱冬冷地區的環境，保證江浙一帶使用的經濟性。
[0031]本實用新型特別具有以下優點:1、可對地源熱泵單元1、各泵、冷卻塔單元3等進行智能控制。智能控制內容包括運行/停止，手動/自動。正常/故障，運行頻率等，實現地源熱泵單元1、各泵、冷卻塔單元3等設備運行的實時顯示和運行記錄。2、設備輪循控制:根據地源熱泵單元1、負載泵4、冷卻塔5、源水泵6的運行狀況，累計運行時間、負載狀況等。將地源熱泵單元1、各泵、冷卻塔單元3及相關閥門進行自動編組，輪換使用，延長各個設備的使用壽命。對于冷卻塔復合式地源熱泵系統，在主機輪換使用的同時，需要監測地溫場的變化規律，防止熱堆積的出現。3、
[0032]機組聯鎖控制:根據各系統運行模式制訂運行順序。4、控制系統建立程序智能控制模式、單機聯動控制模式、系統設備群控控制模式等多種控制模式，滿足用戶在不同場合實現智能控制。系統實現多層級控制，普通級、操作員級、管理員級和工程師級，確保系統的安全性。5、控制系統對負載水側、地源水側進行溫度、流量等方面進行保護；確保地源熱泵系統安全運行。實現地源熱泵單元1、各泵、冷卻塔單元3等所有受控設備的故障報警監視。
【權利要求】
1.一種用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統，包括地源熱泵單元、水冷螺桿單元、冷卻塔單元、負載泵、冷卻塔泵和源水泵，其特征是，還包括有: 地源熱泵溫度傳感器，用于監測地源熱泵單元中供回水的溫度，并產生相應的地源熱泵溫度數據； 水冷螺桿溫度傳感器，用于監測水冷螺桿單元中供回水的溫度，并產生相應的水冷螺桿溫度數據； 冷卻塔溫度傳感器，用于監測冷卻塔單元中供回水的溫度，并產生相應的冷卻塔溫度數據； 室外溫度傳感器，用于監測室外的溫度，并產生相應的室外溫度數據； 地溫傳感器，用于監測地下場的溫度，并產生相應的地溫數據； 地源熱泵流量傳感器，用于監測地源熱泵單元的流量，并產生相應的地源熱泵流量數據； 水冷螺桿流量傳感器，用于監測水冷螺桿單元的流量，并產生相應的水冷螺桿流量數據； 冷卻塔流量傳感器，用于監測冷卻塔單元的流量，并產生相應的冷卻塔流量數據；采集控制單元，用于采集地源熱泵溫度數據、水冷螺桿溫度數據、冷卻塔溫度數據、室外溫度數據、地溫數據、地源熱泵流量數據、水冷螺桿流量數據和冷卻塔流量數據，并根據所采集的數據進行相應的控制判斷； 負載側水管路控制閥，受控于采集控制單元； 冷卻塔水管路控制閥，受控于采集控制單元； 源水側水管路控制閥，受控于采集控制單元。
2.根據權利要求1所述的用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統，其特征是，還包括有總電量表，用于監控地源熱泵單元、水冷螺桿單元、冷卻塔單元、負載泵、冷卻塔泵和源水泵全部的耗電總量，并產生相應的總電量數據；所述總電量數據由采集控制單元進行采集，采集控制單元根據所采集的數據進行相應的控制判斷。
3.根據權利要求1所述的用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統，其特征是，還包括有: 負載壓力傳感器，用于監測負載側水管路的壓力，并產生相應的負載壓力數據； 源水壓力傳感器，用于監測源水側水管路的壓力，并產生相應的源水壓力數據； 所述負載壓力數據和源水壓力數據由采集控制單元進行采集，采集控制單元根據所采集的數據進行相應的控制判斷。
4.根據權利要求1所述的用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統，其特征是，還包括有: 負載泵變頻節能儀，串接于負載泵和采集控制單元，且受控于采集控制單元； 冷卻塔泵變頻節能儀，串接于冷卻塔泵和采集控制單元，且受控于采集控制單元； 源水泵變頻節能儀，串接于源水泵和采集控制單元，且受控于采集控制單元。
5.根據權利要求1所述的用于冷卻塔輔助散熱復合式地源熱泵數據采集的控制系統，其特征是，還包括有: 儲備單元，用于儲備所采集的數據、及采集控制單元控制判斷后的數據；顯示單元，用于顯示所采集的數據、及采集控制單元控制判斷后的數據。
【文檔編號】F25B49/00GK204043138SQ201420408565
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】佟娜娜 申請人:浙江省工程物探勘察院