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地源熱泵系統需要監控哪些數據及如何自動控制？

更新時間：2020-05-17　點擊量：2188

問：地源熱泵系統需要監控哪些數據及如何自動控制？

答：我國應用地源熱泵的面積逐漸增大，對于已經建成的地源熱泵系統需要進行有效的監督管理，保證系統的正常運行，主要的監控內容如下：

1、地源熱泵使用的業主或是物業管理處要定時對系統的地下系統的運行進行檢測，還要進行日常的全面維護工作。

2、地源熱泵系統的管理人員必須要熟練的掌握地下參數檢測系統的使用，并對數據進行記錄，出現故障時要及時的進行修理。

3、地源熱泵在運行期間發生的任何異常與故障在做好記錄的同時還要及時的進行處理，避免造成系統的無法使用。

4、對地源熱泵傳感器的定期標定與檢測系統的定期檢驗。

5、為了保護地下的水文、地質環境等，因此必須對地溫、水溫、水位、水流量、滲流速度與流向、水質等進行檢測。

為了地源熱泵能夠健康穩定的發展，使用與檢測是十分重要的工作，切不可盲目使用，影響后期的運行效果，對地質等環境造成危害。

地源熱泵自動控制系統內容

在整個地源熱泵系統中，自動控制對系統的監測控制范圍包括以下部分：埋管區域地溫監測

通風與空調系統監控、全系統輸入／輸出能量計量、全系統設備運行控制。

2.1埋管區域地溫監測

2.1.溫度傳感器的布置

為監測地源熱泵系統運行過程中埋管周圍土壤溫度的變化狀況，本系統特設有土壤溫度數據采集系統。

埋點分布：將整個埋管區域劃分成若干區域，在每個區域內選取2個具有代表性的點作為監測點。為了滿足監測需求，

監測點應滿足如下條件：

1）監測井分為2類：一類是將溫度傳感器同豎直埋管一起固定下埋（以下稱為ｉ類監測點），對管井進行監測；另一類是設置單獨的溫度監測井（以下稱為ii類監測點），用其他載體固定溫度傳感器埋入井內。

2）監測井的選點：根據埋管區域的大小及地形，確定2類監測井的數量和點位，滿足監測需求其中，單獨監測井既有埋管區域邊沿部位，也應有埋管區域中間部位。

3）每個監測井內傳感器的數量及埋深：根據井深及穿越的地質構造情況確定傳感器數量及埋深，保證每種構造層都有監測點。

4）要確保傳感器和導線在高壓、偏堿性土質（及液體）環境下的長期穩定使用。

2.1.2土壤溫度數據采集

溫度傳感器埋設完成后，通過屏蔽導線連接進入機房，地埋管溫度傳感器連接到機組機房后，通過專門的溫度采集顯示主機進行信號的采集，溫度采集顯示主機具備通訊接口和開放通訊協議。

在控制室設置1臺電腦，通過RS485通訊接口和通訊線纜與值班室內的地埋管溫度采集計算機進行通訊連接，

采集、存儲土壤溫度信號，供中央操作站節能管理軟件進行相關數據存儲分析。

2.1.3土壤換熱器的監控功能

空調系統第二個夏季運行前一個月，DDC通過土壤溫度傳感器收集土壤溫度并計算平均值，與個夏季運行前檢測的平均值比較。當平均溫度高于個夏季平均溫度設定值時（比如0.3℃），開啟冷卻塔、冷卻水泵、地源側冷水泵對土壤進行降溫，直至土壤達到常年正常溫度為止。

2.2通風系統監控

2.2.1 新風處理機組的控制通過溫、濕度傳感器和壓差控制開關，監測新風機的運行狀態、故障報警狀態以及手動／自動運行狀態；監測新風機送風溫度，新風機組與新風門的聯鎖控制程序：空調機組開啟時，自動打開新風門，停機時自動關閉新風門。

2.2.2 風機盤管的控制

通過室內溫、濕度傳感器監測室內的溫度和濕度，當溫度達到設定溫度時，電動兩通閥自動關閉，切斷冷凍水的供應，從而起到控制風機盤管的啟停作用。隨著室內風機盤管的啟停，供水主管上裝有水壓差傳感器的壓差控制開關監測當前水壓差，然后將信號傳輸至控制器，控制器經過PID運算控制安裝在分、集水器旁路上的壓差調節閥的開度，維持供、回水壓差恒定于設定值。

2.3 全系統輸入／輸出能量計量

計量類別包括系統耗電總量（輸入）和系統熱量產能（輸出），以達到計算系統能耗及能效比之目的。

2.3.1 電能消耗計量

機房內通過控制柜電能表計量全部空調機組和循環水泵的耗電量。通過每層樓配電柜計量各風機盤管和新風機組的耗電量。通過電能計量統計系統耗能；電能計量儀表設置應靠近用電設備，盡量集中計量，以保證計量精度、計量數據傳輸方便。

2.3.2 熱量產能計量

系統能量輸出由空調熱水系統、地源循環水系統、夏季板換水系統和用戶側空調水系統4個系統組成。通過熱能表對進水管和出水管的溫度采集結合管內的流量進行計算，得出每個系統的能量輸出。

地源熱泵系統中熱能表的安裝：在地源側（埋管系統）干管上安裝1只，用來計量地源側能量輸出；用戶端干管上安裝1只，用來計量用戶側能量輸出；每層樓水平干管上安裝18只，用來計量樓每層能量的輸出；熱水干管上機房端安裝1只，用來計量熱水能量輸出；冷卻塔干管上安裝1只，用來計量冷卻塔的能量輸出。共有22個計量點。

地源熱泵系統通過采集空調熱水系統、地源循環水系統、夏季板換水系統、用戶側空調水系統的能量輸入和輸出，計算系統的總能量以及通過電能表計量主機、地源側水泵、用戶側水泵、冷卻塔側水泵以及末端風機盤管的耗電量。后通過能量的輸入／輸出和系統總耗電量計算機房能效比和整棟大樓的能效比。

2.4全系統設備運行控制

通過對機房內主要設備的監控，實現機房的自動控制。具體監控設備系統見圖3。

基本控制功能：

①由中央監控系統按內部預先編寫的時間程序或通過管理中心操作員，啟動地源熱泵機組及各相關設備之聯鎖控制。系統能保證各設備開機／關機的順序。當其中一臺水泵出現故障時，備用水泵會自動投入工作。

1.部分熱回收地源熱泵機組2臺

2.全熱回收地源熱泵機組1臺

3.用戶側空調泵2臺（1用1備）

4.衛生熱水循環空調泵2臺（1用1備）

5.地源側循環泵4臺（3用1備）

6.衛生熱水循環水泵4臺（2用2備）

7.熱水箱2個

8.夏季用板式換熱器1個

9.冷卻塔1個

10.冷卻塔循環泵2臺（1用1備）能夠完成主機的啟停工作，自動控制系統對機組自帶的控制功能做分控接口，對主機的運行狀態進行監測，并對主機的運行數據進行采集、存儲、分析和統計。

②根據供／回水溫差和回水流量計算系統在

該區域的冷（熱）負荷，并根據實際冷（熱）負荷以及機組的運行時間累計決定機組的啟停組合及臺數。

③對地源熱泵機組的電動蝶閥進行分組控制，并與地源熱泵機組實現聯動功能。④對地源側循環水泵的啟停進行控制，并對其運行狀態進行監測；對每臺水泵的運行時間進行記錄，啟動機組時，根據水泵的運行時間決定開啟哪臺水泵；當水泵運行到一定的時間時，自動提示對水泵進行監測和保養。

⑤對用戶側的循環水泵和樓層電動蝶閥進行控制，樓層的電動蝶閥分為辦公模式（全開）、加班模式（單獨開啟樓層的電動蝶閥）和下班模式（全關）；對用戶側的循環水泵的啟停進行控制，并對其運行狀態進行監測。

⑥機組與熱水箱之間的加熱循環控制應由水箱溫度確定：水箱溫度達到51℃時加熱泵停機，水箱溫度低于49.5℃時加熱泵運行。且應分為夏季和其他2種模式：在夏季（空調機組制冷，熱回收生產熱水），如加熱泵停機時間達15分鐘時，應自動打開熱水箱底部排水閥，將熱水排到地面雨水收集水池，至下限水位關閉，冷水補充。此后水箱溫度下降，加熱泵再次運行，以保證系統制冷能力；在其他季節，水箱溫度達到52.5℃后水泵停機保溫，不排水，待水溫降到50.5℃時再開機加熱。

3.自動控制監測數據

通過上述控制和監測系統，能夠實時監測系統的各項指標。如冷凍水溫度、流量和冷卻水溫度、流量等。通過數據處理，計算出整個系統主機、各個樓層用戶、地埋管系統、冷卻塔系統、衛生熱水系統等各個系統的耗能和產生的能量，從而計算整個空調系統以及各個分系統的能效。通過數字終端系統以圖表的形式直觀地呈現各項數據。

地源熱泵空調系統采用完善的自動控制系統，較好地實現了整個系統的自動控制和系統能效監測：

1）通過對地埋管的溫度監測，掌握地下溫度變化情況，切換冷卻塔與地源熱泵的使用狀態；

2）通過對通風系統的監測、管理實現在滿足使用條件下的節能運行；

3）通過對全系統的能量輸入和輸出的計量，達到對系統整體能耗的評估計算和集中管理；

4）通過對全系統設備運行控制，實現系統無人值守的功能。

自動控制在地源熱泵系統中的應用，不僅可實現整個系統的自動控制和監測，同時通過遠程傳輸的方式將整棟大樓的能耗監測以動態方式傳輸至監測平臺，為我國發展“十二五”節能減排計劃中建設我國大型公共建筑監測平臺提供了參考。

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

礦井總線分散式溫度測量系統方案

礦井分散式垂直測溫系統

礦井測溫系統

TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

地源熱泵系統需要監控哪些數據及如何自動控制？

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