摘要：地源热泵作为一项利用可再生能源的建筑节能技术，在不同的地层、不同的项目中得到了广泛的应用。本文基于地源热泵的基础概念，对地源热泵空调系统中存在的问题进行了分析，提出了相应的解决方法，最后提出地源热泵空调系统智能化集中供热控制方案以解决相关问题。
关键词：地源热泵，空调系统，智能化控制；集中供热
1. 地源热泵概述
（1）地源热泵概念
地源热泵是基于利用浅层地热能，通过热泵将低温热能向高温热能转移，实现供热、制冷的高效节能的空调技术。冬季，利用热泵提取浅层地热能，升高温度后给室内供暖； 夏季，利用热泵制冷循环将室内的热量提取出来，释放到地下，实现对建筑物供冷。地源热泵的热源温度全年相对稳定，其供热、制冷系数高于传统中央空调系统。地源热泵作为一种高效的供热空调方式，可广泛应用在商业建筑、住宅建筑、公共建筑等领域。
（2）地源热泵的分类
根据热泵热源的不同，可将地源热泵分为地下土壤源热泵、地下水源热泵和地表水源热泵。
第一，地下土壤源热泵
传热水介质通过埋设于地下的密闭循环管组构成的换热器和岩土体进行热交换的地热能交换系统，又称土壤热交换系统。根据管路埋设方式的不同，分为水平地埋管地热能交换系统和垂直地埋管地热能交换系统。垂直地埋管环路通过垂直钻孔埋设于地下50-120m深的闭合地能换热系统，与岩土体进行冷热交换。垂直地埋管环路的地源热泵系统适用于供暖制冷面积较大，且周围可利用埋管面积有限的建筑物。优点主要是占用较小的土地，水泵用电少，缺点是打井费用较高。水平埋管环路通过水平埋置于地表面以下3-15m深的闭合地热能换热系统，与岩土体进行冷热交换。水平埋管环路的地源热泵系统适合于地源制冷或地源供暖面积较小的建筑物，如别墅等小型单体。其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。
第二，地下水源热泵
与地下水进行热交换的地热能交换系统，分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。间接地下水换热系统是地下水经中间换热器热交换后返回地下同一含水层，机组内闭式循环系统经过换热器，与水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。直接地下水换热系统是经处理后的地下水直接经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的系统。
地下水式换热系统适合于地下水源丰富，建筑面积大且周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群。
第三，地表水源热泵
与地表水进行热交换的地热能交换系统，分为开、闭式地表水换热系统。开式换热系统是地表水经处理后，在循环水泵的驱动下，通过中间换热器或直接流经水源热泵机组进行热交换的系统。闭式换热系统是通过将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入有一定深度的地表水体中，传热介质通过换热管壁与地表水进行冷热交换的系统。地表水式换热系统适合于临近较大水域的建筑物以及中小制冷供暖面积建筑物。缺点主要是在浅水湖中盘管容易被破坏，另外由于湖水温度变化较大，会降低机组的效率。优点一是在10米或更深的湖中能提供10℃的直接制冷，二是比地埋管系统投资要小，水泵能耗较低，维修方便、运行费用低，在温暖地区，湖水可做热源。
2. 地源热泵空调系统中存在的问题
第一，设计时一般按照最大负荷需求进行设备配置，但由于季节和末端负荷变化的差异导致机组大部分时间运行在低负荷区。第二，地源热泵系统是利用地下土壤的恒温特性进行换热，但由于地源井较多，地源侧过度放冷/热均会影响机组效能，增加运行能耗。第三，机房监测系统，能够实时监测机房设备运行状态，但不能够根据气候变化和末端负荷变化实现动态调节，在部分负荷时能效比较低，不利于节能。第四，循环水泵基本为定频运行，未安装ABB变频器，水泵不能根据负荷变化自动调整循环水流量，存在大流量小温差运行现象，影响系统COP。第五，末端建筑统一采用风盘供冷/供热，均为本地控制，体感温度低。
很难避免人的不节能行为导致的系统耗能增加。第六，末端建筑多，每栋楼对冷热负荷的需求也不一样，目前采用统一的供冷/供热模式。缺少室内的温湿度监测，系统无法根据室内效果实时调节机组制冷/制热输出，影响供冷/供热效果。第七，分集水器分支管道管道阀门均为手动阀，不利于分时分区控制。第八，空调系统缺乏一套整体的能源优化智控系统，实现空调设备的整体协调运行，提高系统运行效能。
3. 地源热泵空调系统智能化集中供热的解决方法
（1）从中央空调系统的设计思路来看，一般中央空调系统在设计选型时，通常是按照当地历史上气温最高的天气来设计，且预留有 15% ～ 20%的余量，在正常使用时，中央空调系统没有完全运行在满负荷状态。因此应在设计时采用软件进行精细化设计，避免设计冷热负荷远超实际运行需求的现象。
（2）在中央空调水系统中，水泵的容量，也是按照建筑物最大设计负荷选定的，实际的运行情况是都长期处于固定的最大水流量下工作，但建筑的冷热负荷需求随季节和天气随时动态变化，中央空调的平均实际负荷在绝大部分时间内远比设计负荷低。因此，循环水泵首先能够根据气温条件进行开启数量确定，两台同时运转时，应保证其中一台能够根据温差或者压差进行变频。
（3）一般空调系统的设计供回水温差为5℃，水系统流量固定的情况下，全年绝大部分时间，水系统温差仅为1.0～3.0℃，即整个系统始终处于大流量、小温差的工作状态下，增加了管路系统的能耗，降低了整套系统的转换效率。根据统计分析，一般中央空调水系统的耗电量约占整个中央空调系统耗电量的20%～30%，故根据热负载的变化，自动调整水系统的流量，更具有现实和重要的意义。
（4）基于大数据、AI 人工智能技术建设一套中央空调的智能控制中心。
4. 地源热泵空调系统智能化集中供热控制
4.1 泵房控制要求
第一，根据供回水压力，计算供回水压差，根据压差调节循环泵频率，达到节能目的。第二，根据供回水温差控制循环泵启/停台数。第三，根据季节及负荷情况启/停冷却塔风机，并监视风机运行状态、手/自动状态、控制风机启/停、故障报警。第四，根据板换二次侧温度，调节一次侧电动阀门的开度。第五，冷却塔进水管路电动阀随着冷却塔的启闭而启闭。第六，监视循环泵变频器输出状态、控制启/停，变频控制、故障报警。第七，当一台泵出现故障时，自动启动备用泵。第八，监测地源侧回水管压力及温度，压力低于设定值时报警。第九，显示监测点的水温、压力。第十，对季节蝶阀进行切换。
4.2 智能化控制
不同功能的机电设备会分散地分布在楼宇的不同部位，BAS使这些设备安全可靠、经济且节能地运行。
地源热泵系统中机电设备包括变频水泵、冷却塔、季节切换蝶阀、电动调节阀、压力传感器和温度传感器，为了改善系统运行品质、提高管理水平、降低运行管理劳动强度、节省运行能耗，需要在泵房中放置一台DDC控制器。
DDC安装在被控设备附近。各种被控变量(如温度、湿度、压力等)通过传感器或变送器按一定时间间隔采样读入DDC。读入DDC中的数值与预先设定的数值进行比较，若出现偏差，按预先设置的控制规律，计算出为消除偏差执行器需要改变的量，来直接调整执行器的动作。DDC中的CPU速度很快，能在很短时间内完成一个回路的控制，可以在不同的微小时间间隔内控制多个回路。所以一个DDC可以实现多个模拟控制仪表的功能。
结语
地源热泵项目具有高效节能，稳定可靠，无环境污染，一机多用，维护费用低，使用寿命长，节省空间及实现水资源循环利用的特点，整个系统实现智能化控制，机房系统基本实现无人化管理，摆脱繁琐的人工劳动，同时大大减少整个系统运行费用，使投资者获得尽可能大的投资回报，且设备故障率降低，整个系统运行更为科学合理，设备使用寿命延长，达到环保节能效果，是我国今后建筑节能技术发展的必然趋势。
参考文献
[1]王晓明. 地源热泵空调系统技术分析[J]. 建筑工程技术与设计, 2018(7):876.
[2]张钰. 某项目中地源热泵空调自动化控制研讨[J]. 科技视界, 2019(21):113-114.