太阳能与空气源热泵供暖供热水系统.docx
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太阳能与空气源热泵供暖供热水系统
太阳能与空气源热泵供暖供热水
能源监控与管理系统
新时空（北京）节能科技有限公司
2009-7
一、项目概况
本项目是承德市一家房地产公司，由于城市热力管网达不到开发的小区住宅，因此采用太阳能供暖供热水的方案，结合地源热泵技术和楼宇自控系统。
设计符合《智能建筑设计标准》和《公共建筑节能设计标准》的相关要求，在提供一个人工模拟冬季环境的同时，利用太阳能和热泵空调给建筑供暖、供生活热水。
本项目建筑为的5000平米的居住房，要求自控系统要完成三个方面的任务，一是对各类机电设备实施合理、有效控制，使设备正常完成工艺要求（温度、流量、热能、空气质量），同时做到节能、安全控制；二是对节能效果进行计量确认，并统计汇集成报表；三是对各类能源的终端设备系统集成在同一平台下集中管理。
根据清华大学建筑学院建筑技术科学系韩综伟博士后提供的设计方案、以及相关专业的国家标准进行本系统的设计。
本系统监控范围包括以下部分：
太阳能集热系统
生活热水供水系统
太阳能蓄热系统
蓄热水池供暖/供生活热水系统
水源热泵供暖系统
空气源热泵供暖系统
二、能源监控与管理系统选型
选用新时空（北京）节能科技有限公司的BEMS能源管理与管理系统（以下简称BEMS系统），其主要由中央操作站、现场控制器（DDC）和各种前端传感器、执行机构等组成。
中央操作站WindowsXP或LINUX操作系统为运行环境，运行BEMS系统软件。
系统的通讯网络采用符合工业标准的以太网，使网络的构建更简单、可靠，其灵活性及容错性是用户完全可以信任的。
所用现场控制器（DDC）主要采用BSS单元控制器，均是独立工作及配备免维护后备电池，所有资料、数据及程序均不会因停电和网络故障等因素而消除。
所用前端产品的电气接口和安装方式均符合国家标准或行业标准，测量和控制精度不低于Ⅰ级标准。
以太网10/100Mbps总线，支持TCP/IP协议，
I/O总线允许分离放置输入/输出模块
BEMS系统是一个采用以太网和TCP/IP网络技术的智能监控系统，通过适当的连接设置，经过安全授权的用户就可以在世界上任意一个地方通过网络监视和管理系统。
系统组成方便灵活，可以根据现场情况作出最经济合理的配置方案，从而达到最优化系统配置，从而大大降低了系统的整体成本。
三、BEMS系统功能设计
根据智能化工程建设总体规划的要求，并依据相关图纸所提供的能源监控与分析设计要求等相关资料，结合本项目自身的具体特点，利用新时空（北京）节能科技有限公司BEMS系统的先进控制技术和节能技术，为用户设计出一套现代化的智能建筑能源监控与管理系统。
系统的设计方案包括从监控内容和方式、设备的选型、DDC的配置、软硬件功能、被控设备的接口要求等方面。
具体内容如下：
能源监控与管理系统的主要硬件设备有：
1）监控主机-工业计算机+数据服务器
2）现场控制器（DDC）
3）各类信息采集设施（、热能、电能、流量等）、前端传感器（照度、温度、压力、位移等）、阀门其执行器、电气控制执行系统。
现场控制器主要就近布置在现场各类机电设备所在的位置。
系统的网络主要基于以太网，构成以太网的网络设备种类齐全，很容易购买且价格低廉。
以太网支持综合布线，因此可以利用综合布线系统的方便，与任何共用综合布线系统的设备互联而无需任何辅件。
便于根据实际需要灵活地选择楼宇控制器的安装地点，当根据实际应用需要增加控制器时，只需将新增加的控制器用网线联入最近的交换机即可。
网络布线的施工方便，网络布线不依赖厂家产品的相关知识，有综合布线的经验就可以完成能源监控与管理系统联网。
DDC分布以就近控制设备为原则，这样便于施工、管理和维护，同时降低了系统的管线成本。
在进行方案设计和设备选型等环节，我们着重考虑了以下功能：
●机电设备的安全、可靠、自动化运行功能
●太阳能供生活热水和蓄热水池供热系统的节能功能
●建筑的能耗计量与分析功能
●通过中文图形软件数据库管理,显示用能量、节能量、节能设备的节能效果
●通过中文图形软件实现管理维护的可视化
●通过中央工作站实现各系统的集中管理，远程控制
本能源监控与管理系统之设计是严格按照实际要求并结合设计图纸配置监控点。
本项目的整个控制系统通过现场控制器DDC对太阳能集热、供热、热泵空调供暖及配电系统进行运行数据监测和记录，以及对设备的启停和调节控制，彼此之间的数据传递是双向进行的；而对变配电系统的运行情况及数据仅进行监测和记录，不进行控制，因此数据传递是单向进行的。
1、组态画面图例：
建筑能耗与节能减排分析表
一级界面图
管理领导层显示数据
BEMS系统图
一级界面图
说明：
登陆软件用户，启动软件系统，点菜单或图标走入二级能源系统结构界面；
能源系统结构图
二级界面图
说明：
点击某一个方框图标出现某个系统的三级当前的详细数据记录界面；在数据记录界面选择记录的时间范围可分别出现某一时间的记录数据；如点击水源热泵空调，就会出现热空调的相关运行数据：
压缩机运行电流、电压；压缩机温度；蒸发器压力、温度；冷凝器压力、温度；冷却水压力、温度、流量；冷冻水压力、温度、流量；水源热能提供热能量；空调器输出热能量；热泵空调的运行电功率；冷冻、冷却泵的运行电功率；选择查找时间出现这些数据的历史记录和累计数据。
本项目系统工作运行图
二级界面图
说明：
点击某个系统范围的画面出现三级控制系统界面。
如点击太阳能系统就会出现太阳能热源水系统控制界面。
2、节能与减排数据分析计算依据
计算参考《企业能源审计方法》、《GB/T17981—空气调节系统经济运行标准》、《建筑节能管理国家指导标准》。
空调系统运行时的室内环境控制参数值
房间类型
夏季
冬季
新风量
温度
相对湿度
温度
相对湿度
℃
%
℃
%
m3/h∙p
特定房间
≥24
40~65
≤21
30~60
≤50
一般房间
≥26
40~65
≤20
30~60
10~30
大堂、过厅
26~28
——
≤18
——
≤10
单位面积能量计算表（能量1W=1焦耳）
房间类型
单位能量负荷（W/M2）
单位显能负荷（W/M2）
人员密度人/M2
人均散湿量g/h
人均新风量m3人/h
照明功率W/m2
单位送风量L/s.m2
活动程度
办公室中部区
95
65
0.1
109
25
60
5
极轻劳动
办公室周边
160
110
0.1
109
25
60
6
极轻劳动
个人办公室
240
160
0.0667
109
30
60
8
极轻劳动
会议室
270
185
0.333
109
50
60
9
极轻劳动
教室
190
130
0.4
68
30
40
9
静坐
图书馆
190
130
0.1667
68
30
30
9
静坐
自助餐厅
260
150
0.6667
184
30
30
10
轻度劳动
高层南向公寓
160
110
0.1
109
30
20
10
极轻劳动
高层北向公寓
130
80
0.1
109
30
20
9
极轻劳动
戏院大礼堂
260
110
1
68
8.5
20
12
静坐
实验室
230
150
0.1
184
30
50
10
轻度劳动
图书、博物馆
150
95
0.1
68
30
40
8
静坐
四、各系统监控方案
（一）暖通空调系统监控
1、太阳能集热、供热、蓄热
热泵空调和太阳能蓄热水池协调，共同实现冬季供暖，太阳能集热器和太阳能蓄热水池共同实现生活热水供应。
夏季太阳能主要供应生活热水与蓄热水池的热能，如果阴天，或太阳能提供的热能不足以满足生活热水的热能需求，则通过蓄热水池提供热能。
1）监控内容：
BEMS系统将对太阳能热源的以下方面进行监控。
通过太阳能集热器系统的通讯接口实现与BEMS系统的控制。
如没有通讯接口，只能在电气系统的加装控制模块（DDC系统）进行控制与监测。
Ø控制集热器生活水循环水泵CP1，生活热水循环水泵CP4，太阳能蓄热水池循环泵CP2和CP5；
Ø控制补水系统与太阳能供热的相关阀门；
Ø控制调节变频节能系统（CP4）
Ø监测记录水循环系统的水箱与供/回水温度、压力、流量；
Ø监测记录循环水泵的运行电流、运行时间、水泵电能与运行状态；
2）控制原理：
●启停控制：
BEMS系统与太阳能供热系统进行数据交换来实现控制循环水泵的启停。
当T2大于热水箱温度时，温度满足水循环的运行条件时，阀门自开启、水泵自动运行进行热能交换。
当T3温度高于65℃时，停止为生活热水箱加热，启动CP4和CP2给蓄热水池加热。
也可选择在中央集中操BEMS系统上远程手工启/停，系统会自动将有关过程的控制事项一一记录，以作日后检查之用。
●设备保养时间表
利用BEMS系统的软件统计累时功能，可以实时累计相关设备的动作运行时间，并记录运行数据。
利用系统表单功能用户可自行创建能源的设备维护表，表单可根据设定逻辑自动提醒，以便维修人员在设备运行到一定状况后，进行维护工作。
●监测设备的运行状态与能源数据
通过监测数据对水循环泵的能源消耗与热水能源转换，记录能源的利用与消耗情况，并分析显示，以日、周、月、季、年度的时间形式记录。
通过获取相关参数可以实时计算能源设备COP的指标，并进行趋势记录。
●动态调节运行参数
通过对温度采集点传上的数据，分析热量的需求，依据需求量的不同来控制水的循环量和开启时间，不仅满足了热能的需求，还节约了设备的运行用电消耗。
2、热泵空调
热泵空调有两类，一是利用蓄热水池直接供暖剩余余热的水源热泵空调，另一是空气源热泵空调。
冬季供暖有三种运行方式，一是刚进入冬季时，利用蓄热水池直接为建筑供暖；二是进入冬季较冷和度过冬季最冷阶段，使用空气源热泵空调为建筑供暖；三是进行冬季最冷阶段（12月份-1月份室外气温低于-10℃），空气源热泵的工作效率降低，这时利用蓄热水池余热开启水源热为建筑供暖。
使用功能
1）监控内容：
BEMS系统将对以下方面进行监控。
监控空气源/水源热泵主机（通过通讯接口）；
Ø控制空气源热泵、水源热泵、供暖循环泵启停；
Ø控制调节变频节能系统
Ø控制相关电动阀的开闭；
Ø控制补水补液设备的启停；
Ø监测并记录空气源热泵、水源热泵、供暖循环泵故障并报警；
Ø监测并记录空气源热泵、水源热泵内部蒸发器、冷凝器温度、压力；
Ø监测并记录空气源热泵、水源热泵、供暖循环泵电流的变化；
Ø监测并记录空气源热泵、水源热泵、供暖循环泵用电度数；
Ø监测、调节并记录空气源热泵、水源热泵、供暖循环泵供/回水温度、压力、流量等与运行效果有关的参数；
Ø监测并记录空气源热泵、水源热泵冷热能量变化；
Ø监测并记录室内外温湿度；
2）控制原理
●启停控制：
BEMS系统将通过厂家预留接口与空气源热泵、水源热泵进行数据交换来实现控制空气源热泵、水源热泵系统启停。
空气源热泵、水源热泵启动时要先启动其外围循环泵及阀门设备，停机时相反。
启停空气源热泵、水源热泵主要是通过预设循环水的水温、冬季节气温变化的时间表、供暖日期表来进行，也可选择在中央集中操BEMS系统上远程手工启/停，系统会自动将有关过程的控制事项一一记录，以作日后检查之用。
●设备保养时间表
利用BEMS系统的软件统计累时功能，可以实时累计空气源热泵、水源热泵、供暖循环泵、相关电动阀站的动作运行时间，
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