地源热泵远程监测系统V10.docx
《地源热泵远程监测系统V10.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地源热泵远程监测系统V10.docx（48页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
地源热泵远程监测系统V10
地源热泵远程在线监测系统
技
术
方
案
北京和欣运达科技有限公司
2019年4月29口星期一
项目建设背景
开发利用可再生能源既是我国为前调整能源结构、节能减排、介理控制能源消费总量的迫切需要，也是我国未来能源可持续利用利转变经济发展方式的必然选择。
地热能是绿色坏保的新型可再生能源，资源储量人，分布广：
热泵是一种节能环保新技术，能够实现地热能、余热等自选的清洁高效利用。
积极开发地热能和发展热泵系统，对优化北京市能源结构，减缓圧力，实现能耗多元化有垂要意义。
《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》指出：
“坚持能源清洁化战略，因地制宜开发本市新能源和町再生能源，积极引进外埠消洁优质能源，努力构建以电力和天然气为主、地热能和太阳能等为辅的清洁能源体系。
”
2013年8月，北京市人民政府发布《北京市2013-2017年加快压减燃煤和清洁能源建设工作方案》总体要求为：
“以改善空气质最为根本出发点，坚持能源安全保障与清洁发展病重，加人改造力度，扩人治理区域，综合施策，疏堵结合，加快压减燃煤和清洁能源设施建设，构建安全清沽高效的现代城市能源体系，促进空气环境质量显著改善和经济社会町持续发展。
”工作方案指出：
“大力发展地热和热泵供暖，推进热泵技术应用，加快余热、再生水、深层地热和浅层地温能资源利用。
2017年，全市热泵供暖面枳超过7000万平方米。
”
根据北京市发展和改革委员会印发＜JtΛi∣J进一步促进地热能开发及热泵系统利用实施总见的通知》，北京市将加快推广地源热泵供暖系统，不断提高浅层低能的应用水平。
张槓位于顺义区东北部，距北京60公里，首都机场30公里，顺义城区25公里。
处于平谷、天津、河北交汇地带。
东临平谷区，酋临杨镇，北接龙湾屯镇，南与人孙各庄镇接壤。
顺平快速路东西贯通全境,人秦铁路横穿过境，张焦公路南北贯通全境，赵谢公路纵跨西南境，龙凤山路将顺平路和魏樊路连接，交通十分便利，产业结构、环境状况不断得到优化，后发优势口益凸显。
本项冃地源热泵工程建成后主要用于永强建筑有限公司办公楼及车间的供暖、制冷。
项目的实施，有助于深入推进节能减排，逐步淘汰低端产业及产业坏节，促进产业发展高端化、低碳化有着重要的意义。
本项目采用地能热泵环境系统，项目的运行不仅能够很好满足建筑物冬季采暖需求，且在运行中没有环境污染物排放，减少了因采用其他方式采暖而向大气排放的烟尘、废气，能有效保护项目周边环哦。
同时系统在町再生能源利用、污染物控制、消咅、绿化、水资源保护与利用等方面，令着坏保优势。
项目的实施，将有助于提升区域基础设施技术含量，对丁•完善城市功能、美化城市环境，也将起到积极作用。
主要建设内容和规模
本项目将原燃煤锅炉系统改为地源热泵系统，拆除原有lt/h的燃煤热水锅炉，并建设地源热泵系统，为北京永强建筑有限公司办公楼及车间供暖及制冷。
北京永强建筑有限公司办公楼及车间共有5座建筑，总建筑面积约3553.29平方米。
本项目地源热泵系统建成后系统能够很好满足建筑物冬季采暧及夏季供冷需求。
经计算，本项目需能耗总热负荷为314.9kw,制冷总冷负荷为379Mkw。
机组选1台模块式涡旋型地源热泵机组，共布置竖直换热孔60眼，卜•管深度100米。
末端系统采用风机盘管系统。
热泵机房设置在原锅炉房位置，面枳约为48m2。
建筑建设方案
1.工程概述
本项目地源热泵系统建设工程，主要为北京永强建筑有限公司办公楼及车间供暖及制冷。
北京水强建筑有限公司办公楼及车间共有5座建筑，总建筑面枳约3553.29平方米。
2.设计依据
《可再生能源法》：
《节约能源法》；
《民用建筑供暖通凤与空7调节设计规范》（GB50736-2012）；
《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2003）：
《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）；
《建筑给排水及采暖工程施工质帛:
验收规范》（GB502巾2—2002）；
《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）北京地区实施细则》（DBJOl—602—97）:
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJI3X2010）:
《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）:
《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJIOI-2001）。
3.设计原则
根据建筑物的使用功能以及室内环境要求，参考《民用建筑暖通空调设计技术措施》确定各空调区域温度。
空调方案的基本原则和出发点如下：
（1）环保节能，不污染环境；
（2）充分考农各空调区域的使用要求：
（3）保证中央空调的效果，并提供夏季舒适的室内温度：
（4）整个空调系统应尽量简洁高效，易于运行维护保养：
（5）不破坏建筑物的整体结构，不影响到室内装潢和布置，从而营造良好的装修效果:
（6）谨慎选择关键设备，保证系统经久耐用；
（7）在保证上述效果的前提下尽量节省投资。
4.地源热泵系统综述
（1）地源热泵系统技术概念
地源热泵是一种利用地2戈层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，既可能耗又可制冷的高效、环保、节能的热泵技术。
（2）地源热泵技术原理和地源热泵中央空调系统分类
地源热泵中央空调系统主要分三部分：
室外地能倏热系统、热泵机组和室内采暧空调末端系统。
地源热泵中央空调系统按照室外换热方式不同口J分为四类：
地源热泵中央空调系统、地卜水源热泵中央空调系统、单井换热热井中央空调系统、地表水源热泵中央空调系统。
根据室外循环水是否为密闭系统，分为开环系统和闭环系统。
（3）地源热泵系统特点
1）属口J再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。
其中可以利用的水体，包括地卞水、土壤、河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。
地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能最，比人类每年利用能量的500倍还多（地卜的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能最），而且是一个巨人的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受利发散的相对的均衡。
这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为町能。
所以说地源热泵是一种清洁的町再生能源的技术。
2）高效节能
地源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-150C・水体温度比坏境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提臥而更季水体为18-25∙C,水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高，地源热泵和地下水源热泵相对更为稳定，不管冬季还是夏季，可利用水体温度基本在14°C左右。
3）节水省地
以土壤或地卜水等为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染。
省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积人大小于常规空调系统,节省建筑空间，也有利于建筑的美观。
4）运行稳定可靠
水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范闱远远小于空气的变动。
是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
不存在空气源热泵的冬季除霸等难点问题。
5）环境效益显著
地源热泵的使用电能，电能本身为-种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。
所以节能的设备本身的污染就小。
设计良好的地源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵柑比，相当于减少30%以卜.，与电供暖柑比，相当于减少70%以上。
地源热泵机组的运行没有任何污染，町以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟,也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
6）一机多用，应用范I料广
地源热泵系统町供暖、空调，还町供生活热水，一机多用，一套系统口J■以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
特别是対于同时有能耗和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。
不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足能耗和供冷的要求，减少了设备的初投资。
水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。
7）自动运行
地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠,维护费用低：
自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。
（4）本项目地源热泵系统概述及优势
1）本项目地源热泵系统概述
本项目采用地能热泵环境系统，考农到该项目的规模及经济性，最终选择利用地源作为空调系统的模式：
采用垂直埋管形式（垂直埋管深度在冻土层以■顺义地区水平主横埋管探度不得小J-1.5米）,利用地卜浅层上壤温度常年保持任8C〜15€左右的特.乩通过地卜埋管内的介质循环与土壤进行闭式热交换达到供冷能耗目的。
貝季通过热泵将建筑内的热量转移到地下,对建筑进行降温：
冬季通过热泵将人地中的低位热能提高品位对建筑供暧。
2）优势
充分利用地卜能源，高效节能；运行费用柑对较低；地卜能源为再生能源，没有热污染,没右•噪音污染，没有视觉污染，没右令害'（体排放污染，节能环保：
町同时实现能耗、供冷不同功能要求，并能满足提供生活热水的功能要求，使用灵活；系统简单，易于管理，维护费用低；控制简单，运行可幕性好，使用寿命长。
近几年，城市供暖掀起了利用地热资源进行集中供暖的热潮，此种供暖方式低碳环保、
资源町重复利用，受到了很多能耗企业的追捧，为了方便能耗企业对地源热泵供暖设备的管理与监控，平升电子提出了地源热泵远程监测系统。
地源热泵（也称地热泵）是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性,通过深埋于建筑物周闱的管路系统和地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，与建筑物完成热交换的一种供暖技术。
平升电子配合某客户对地源热泵供暧系统实施了远程监测，系统拓扑图如F：
计星测控设备
此系统的建立，大人便利了市政部门对丁・地源热泵供暖系统的管理。
值班人员在办公室可以实时参看相关设备运行状态.了解关键节点运行参数：
一旦运行
出现故障，系统立即报警•值班人员及时组织抢修，在保障城市供暖上做出了积极贡献。
表1-1地能热泵环境系统与传统冷热源对比表
序号
项目
地能热泵环境系统
燃气锅炉供暧+冷水机组供冷
1
消耗的主要能
源
可再生的注层地能（热），是新型可持续发展能源。
1能耗：
天然气燃烧，必须消耗资源有限的一次矿物质化石燃料：
2制冷：
用电做动力。
序号
项目
地能热泵环境系统
燃气锅炉供暖+冷水机组供冷
2
系统工作原理
1能耗：
冬季釆集浅层地能（热），利用成熟的热泵技术装置，产生高温能量，能效比大于等于5；
2制冷：
制冷与能耗工况可逆，实现制冷效果，能效比人于等于4：
3能耗、制冷均在物理变化状态下进行。
1能耗：
依靠天然气燃烧化学反应产生能屋加热能耗介质；通过短距离输送至用户端。
2制冷：
设置集中冷冻站制备冷冻水，由冷冻水系统输送冷量。
3
安全可靠性
1使用寿命长，约为20年；
2无需设煤灰场、汕库、燃气站网，无需专设消防、通风等设施，系统工作压力和温度较低，町实现远程监控，无需跟班值守人员：
3机组运行稳定、町靠，故障率低，维护维修费用低：
①需设专用燃气站网、专业消防、防爆设施，如管理不善，易燃烧和爆炸。
1
节能9环保
1充分利用了自然界低位能，供冷暖费用低，节能效果突出；
2无燃烧，无任何固态、液态和气态污染物排放，也不排放造成温室效应的C0：
等，是“绿色”坏境系统：
①消耗水资源。
1燃烧产物包括CO：
、CO、NOx,烟尘等有害物质，排入大气，对环境造成污染；
2系统综合效率低；
3水消耗。
5.本项目冷、热负荷计算
表1-2冷热负荷统计表
建筑性质
建筑面积（m2）
采暖
供冷
热负荷指标
（W∕m2）
热负荷（kW）
冷负荷指标
（W∕m2）
冷负荷
（kW）
主办公楼
1129.08
90
101.6
105
135.5
东楼
695.45
90
62.6
105
83.5
西楼
695.45
90
62.6
105
83.5
车间和宿舍
991.44
85
84.3
105
114
门卫
41.87
90
3.8
105
5
合计
3553.29
—
314.9
—
379.4
6.地埋管换热系统设计
（1）垂直埋管系统设计
地埋管换热系统的设计主要是地埋管换热量和换热管长的初步设计，由以上项目水文地质惜况，本方案设计地埋孔钻閑卜•管济度IOOm.埋设高密度聚乙烯（PElOO）为换热育，采用垂直立埋管形式。
根据本项目冷热负荷需求、延米换热量及热泵机组的CoP值计算，整个项H共计布置竖直换热孔60眼,换热孔间距4X1米，共需布孔面积960m2,孔径均为4）1OominC供、回水平管路埋深T∙5m左右，间距不小于O.6m。
（2）管材及连接
垂直换热管采用1.6Mpa>SDRI1、D32的PEIOOfrf压管,水平管路采用1.OMpa.SDR17的PEIOO的塑料管。
换热介质为水。
垂直埋管系统采用分区布豊，设置两个井小室，每个井小室内冇2组分集水器，5-6眼井连接为一支路，各支路接入井小室分集水器，利于管路水力平衡。
7.热泵机组
依据本项目建筑物冷负荷、热负荷，热泵机组配备选用螺杆式水源热泵机组。
建筑物总冷负荷为379.4kw,总热负荷为314.9kw.
8.热泵机房其他设备选型
（1）循环泵
循环泵均采用变频、屏蔽泵，变频节能、屏蔽降噪。
a.末端循坏泵
根据热泵主机水號选择柑I兀配的末端循坏泵，根据末端空调设备和主机的压降损失及末端空调管网的水头损失计算泵的扬程。
b.地热交换器循环泵
根据热泵机组地埋需水量确定水泵流量,考虑所有地埋管路及热泵机组和泵本身阻力造成的水头损失计算水泵扬程。
（2）系统水处理
采用电子水处理仪全程为整个地源热泵系统提供水质保证。
处理水量与系统管路水流量匹配。
（3）补水系统
软化水和定压补水系统为系统稳定压力和自动补水。
热水系统采用自来水补水，空调系统采用软化水补水。
（4>机房总体布局
在现有机房面枳的条件卜•，对机房进行合理的布局，主设备、辅助设备、管路系统的配置及安装，并确保安全操作、正常维护、维修的空间。
9.系统主要设备性能
（1）热泵机组
1低噪音、高效率
本机组压缩机只有运转平稳、振动小、噪音低、效率高等特点，保证了机组运行的町靠性，而且该压缩机运行工况范围校广，耗能低、效率高。
2性能保障
全国人型冷冻机制造公司之一。
拥有一流的大型热泵试验台，保证产品在出厂前达到最佳的性能测试。
3耗电低、寿命长
机组采用星角启动。
并可根据负荷变化自动调节能最，保证合理的运行状态，节省电力、延长寿命。
4能量多级调节、控制系统先进
本机组采用PLC高精度微电脑控制，宽人的液晶显示平面，屏内触摸式按键，全中文的多点显示，使操作更简单，压缩机可实现25-□0-7b-100段容量控制，主机起动电流低，调节过渡平稳，系统控制先进、灵活、合理。
（2）循环泵
采用变频、屏蔽的空调系统专用循环泵，恰到好处的配合了整个空调系统的控制，及时准确的调整流量，满足末端不同时段、不同季节的空调负荷需求，将能量输送到末端空调设备，实现供暖、制冷。
专用的空调循坏泵提供了目前市场上水泵普遍存在的噪声过人，震动人，易漏水，从而影响人们正常的工作与生活环境的理想解决方案。
电机与泵的一体化设计，取消了机械密左寸，使泵机与轴连接，构成一个密封整体，真正做到整体完全无池漏。
定子与转子采用优质不锈钢封焊，使定子绕组与转子铁芯同介质完全隔离，不会受到介质侵蚀。
（3）水处理设备
全自动软化水设备自动去除水中的钙、镁离子，且当吸附钙、镁离子饱和后，软水器能自动进行失效树脂的再生工作，保证空调系统水质。
多功能水处理器和电子水处理仪有效去除水垢、菌浹，杀菌、灭溪、防腐、除垢。
10.电气控制系统
（1）根据空调系统中各个设备的额定功率町计算出设备安装容量和系统的装机负荷为。
釆用合适的功率因数计算电力电缆,电力系统釆用TN-S系统。
（2）电源引自配电室，由建设方及相关单位负贵接入配电柜上II,以AC220/380V,50Hz放射方式供给热泵机房工作・零线（N线）和保护接地线（PE线）相互绝缘。
（3）动力配电柜采用GGD型低压配电柜，上进上出，所有出线均采用金属托盘敷设。
电缆托盘选用热镀锌有孔托盘。
（4）凡正常不带电，绝缘破坏时可能带电的金属外壳、穿线钢管、电缆金属外皮、金属支架、各种空调设备等均应可靠与接地系统连接。
（5）所有金属管道做局部等电位联结。
施工安装做法均参见国标图集《等电位联结安装》03D501-2。
U.TS量表
表1-3地源热泵系统配置表
序号
设备名称
设备型号
数量
单台功率
（kW）
设备参数（单台）
备注
1
模块式涡旋型地源热泵机组
1
制热89
制热量43OkW
制冷74
制冷量405kW
2
空调循坏泵
2
11
流最93.5ms∕h
扬程28m
一用一备注
3
全自动软水器
5600T
1
0.02
流量1.OmVh
4
补水箱
1000X1000X1000
1
容积LOm5
5
补水泵
ISG25-125
2
0.75
流量4m3∕h
扬程20m
一用一备
6
定压罐
Φ600
1
容积0.3m3
7
地热交换器循坏
QPGIOO-315A
2
11
流⅛93.5ms∕h扬程28m
一用一备
8
微机自动控制柜
1
12.末端系统设计
本项目共设令5栋建筑，末端系统均釆用风机盘管系统。
13.系统运行、管理和维护
（1）系统的启动、停止控制
1系统的启动：
启动地热交换器循坏泵一一启动末端循环泵一一启动热泵机组一一启动末端空调设备
2系统的关闭：
关闭末端空调设备一一关闭热泵机组一一关闭末端循环泵一一关闭地热交换器循环泵
（2）系统的运行
冬季、夏季系统运行时将通过八个阀门的开成和关闭调节：
（3）系统的维护、保修
每个运行季节前对热泵机组进行一次详细的检査、保养与维护，并记录备案。
每个运行季节前将切换阀门开启与闭合情况进行切换，并试运行。
平时注意记录热泵机组及整个空调系统的运行情况，备案保存。
系统设计说明
1.1监控系统总体框架
地源热泵监控系统主要由监控中心、现场控制单元、通讯系统、仪表和传感器及电动调节阀、电气设备部分组成，各部分按程序的设定状态工作，实现地源热泵监控系统的齐项功能。
系统原则上町按6层形成递阶层次结构，通过城域网连接到中央监控中心。
各层内容包括：
（1）机电设施层：
热电厂、地源热泵、加压泵站、热入Ll计量站等：
（2）就地仪表层：
就地仪表、执行机构、变频调速装置、调节阀门等；
（3）现场控制层：
指现场控制系统现场控制器及控制总线网络；
（4）通信网络层：
GPRS通信网络；
（5）中央监控层：
为集中能耗系统计算机监控系统的核心，通过屮央监控层对全网的运行实施统一的监控。
接收各站点的故障报警，达到安全、节能、坏保型能耗的要求，并保证能耗质量；
（6）信息管理层：
通过信息管理层，完成全网调度指挥、韦故处理，实现科学管理,提高企业效益。
信息管理层实际上是…人计算机信息网络系统。
机电i≡s0會诃&禺這
1.2地源热泵监控系统的组成
计算机监控系统将实时、全面地监控各地源热泵运行情况.根据外网热负荷的预测和变化•调节热源按需能耗，以满足全网能量均衡和节能的目的。
它是热力管网安全可靠、优化运行和节约能源的保证。
监控系统由三部分组成：
（1）监控中心
为集中能耗系统计算机监控系统的核心。
通过中央监控层对全网的运行实施统-•的监控。
接收各站点的故障报警.达到安全、节能、坏保型能耗的要求•并保证能耗质量。
监控中心包括监控主机，数据库服务器，监控工作站，系统管理组态软件，打印机，显示器•网络交换机，路由器等。
（2）远程终端站
远程终端站町按初始设定値或监挖中心的指令，亢成S类参数的采集、存储、传送，∙∙Γ对站内相应控制装置如：
循环泵、补水泵、电动调节阀等进行调控，确保其运行在设定范闱内。
巡检人员可通过人机界面，对站内参数进行监视、控制及操作。
远程终端站的基本构成：
远程终端站由现场可编程控制器、人机界而、通讯模块等设备构成。
主要实现各种信号、数据的采集及控制。
在正常情况下，远程终端站独立控制本地源热泵自动运行。
在联网情况■远程终端站可以接受地源热泵监控系统的指令运行。
远程终端站通过GPRS无线网络进行通信，将监视信号传至监控中心。
（3）通信网络
该通讯网络的实施，可将现场的运行数据、报警信号实时的传送到监控中心，监控中心下达控制指令指导地源热泵的运行，从而实现监控各地源热泵的工作状况，达到按需能耗的目的。
监控网络拓扑结构如下图：
1.3系统设备配置
北京华发热力有限公司地源热泵监控系统工程设备清单
一、单个地源热泵控制设备清单及安装调试费（共79个地源热泵）
序号
设备名称
设备型号
设备功能描述
品牌
数量
单位
1
现场町編程控制器
BCU-I666
现场控制模块,可以采集现场一次/二次网运行数据，包拈供回水温度、供回水压力、流量、热量：
采集变频器转速、状态、故障；循环水泵及补水泵工作状态、故障；水箱液位监测、阀门开度监测：
己经含有水阀输出控制、变频器转速控制预留；共配置输入通逍32个，模拟输出12个，开关量输出12个。
HySine
4
个
2
WEMATlC触摸屏
HMl-X70
5.7液品操作靠示屏，支持汉字显不，操作显不界而可以二次组态。
共计显示8行20列汉字。
可以看到所有温度、压力、流屋以及设备运行状态数据。
同时也可以控制水阀开度，水泵启动控制。
HySine
1
个
3
协议转换模块
YD-7530
工业级高性能有源电路，长期运行稳定可靠：
3000V双端光电隔离功能，可有效地防止因串电、雷击而造成现场计量设备和英他仪器仪表设备的损坏：
有600W浪涌接口保护功能，可有效地防止因电网大幅波动以及变频设备逍成的1：
扰：
有1500V静电保护功能,抗干扰力强；异步双工通讯，自动判别和控制数据传输方向:
300—115200bps信号速率自动识别。
北京永诚广域
1
个
4
钳电阻变送模块
TS-U-D
将PTIO0、PTIOOO等钳电阻转换成标准信号输出
HySine
4
个
5
GPRS无线通讯
MODEM
DM-609G
数据传输管理，数据流量控制：
重要通讯参数保护存储和通讯中断后璇新恢复等功能：
连接方便、即插即用、便于维护更换；性能稳定、环境适应性强；兼容多种数据中心软件，扩充性好：
LED通讯状态显示，为调试提供了极大方便。
北京
驿出
升级会员 