潘为亮 朱广远 刘鹏飞
中石油华东设计院有限公司 266071
摘要：中央空调系统是人们生活工作中的一部分，地源热泵空调系统属于其中一种，具有运行效率高，不污染环境的优点，在建筑中广泛应用。但是，不合理应用或缺少节能措施，则会造成能源浪费，基于此，本文主要以地源热泵空调系统工艺原理为切入点，从搭建仿真平台、节能诊断方法两方面分析地源热泵空调系统能耗，以此为基础进行空调节能诊断系统设计。
关键词：地源热泵；空调节能；诊断系统；自动化控制
前言：
随着绿色、创新、协调度可持续发展理念逐渐深入人心，建筑业发展中已经将绿色节能落实至各个环节，优化建筑结构，提高能源利用率，实现能源循环利用，有助于推动建筑节能实现健康发展。而地热能源作为低污染、实用性强、环保的清洁能源，可有效避免开采化石燃料所造成的生态破坏。空调系统作为建筑耗能中的重点，应当采取地源热泵空调系统，且开发和研究能够诊断系统运行的能耗故障，以提高建筑节能效果。
一、地源热泵空调系统工艺原理
地埋管式地源热泵与地表水式地源热泵空调系统应用更为广泛，系统中主要包含地埋管换热环路、用户侧环路、热泵机组环路这三部分。其中，地埋管换热环路有地埋管换热器构成，按照不同买官方是可分为垂直式与水平是地埋管两种，垂直式地埋管深度约为30m，管间距离5m，水平埋管深度则为1.5m，冬季时循环介质吸收土壤热量，利用用户侧环路与热泵机组为用户输送热量完成供暖，夏季则将用户热量以交换方式传递地下；用户侧环路为空调末端环路，与用户侧实现冷热交换；地热泵机组环路，则为中间换热部分，为系统传递热量的重点，通过内部比换工质实现热量循环，将低温热量物体向高温物体转移，以获得供热量[1]。
二、地源热泵空调系统能耗节能诊断分析
1.搭建仿真平台
TRNSYS软件带有空调系统模型，且可实现部件模块化，以此代替真实试验，有效解决真实试验对系统的不利情况。在搭建建筑模型中，制定地源热泵空调系统控制策略。以某建筑为例，该建筑外墙传热为0.39W/m℃，屋面传热为0.56W/m℃，外窗传热为2.6W/m℃，第12层属于变风量系统，以此为研究对象[2]。
2.节能诊断方法
M值法为动态符合匹配比发，以整体角度出发，解决供应侧能耗与用户侧符合研究局限性，将两者相结合。M值处于（0，1.0）区间范围，则表明热量无法满足用户需求，热泵机组产生制热故障，降低了地缘侧水系统换热效率，进而减少制热量；M值处于临界值，则表明制热量可满足实际需求，风系统灿星如若正常，则空调系统与用户需求相符，但仍有节能可能，需侧重于负载侧水循环系统诊断，以判断水泵是否高效运转；M值处于正匹配区间，则表明热泵机组制热量超过用户侧实际热负荷需求量，产生过热情况，表明风系统故障较为严重，需确保热水旁通情况下，以空调风系统为出发点，检查新风回路、表冷器换热、VAVbox调节阀、风机效率等各个环节。此过程中，通过仿真模拟对特征值变化进行观测，能耗合理则表明表冷换热器产生故障，多为风机故障与表冷器堵塞，如若能耗不合理，则对送风机风量进行诊断[3]。
三、地源热泵空调节能诊断系统开发分析
1.系统框架
本文空调节能诊断系统包含采集模块、数据库服务器、数据传输、Web服务器、诊断服务器及用户终端（见图1）。
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图1 系统结构
采集数据模块，负责采集对应特征量的实际测点值和有关设备能耗的电量值。测点为地缘侧水系统进出口水温度、水管道流量与谁呀、压缩机电压电流、热泵机组蒸发器与冷凝器进出口温度、负载侧水管水压、负载测水系统进出口水温、水泵电流电压、风系统风量风压等；数据处理，用于对实际特征值计算，需通过滤波处理，将系统部分动态影响消除，利用软件滤波处理数据后将其存储至数据库内；传输数据，测量空调系统底层，将测点数据利用RS485总线传输模式会机制单元模块中，其具有较强抗干扰能力，能够实现远距离多节点传输，连线较为简答，因而应用该系统，利用RJ45结构，借助以太网数据将数据传输至原始服务器；Web服务器，为节省系统资源，其复杂性较低，所以可将诊断服务器与Web服务器合并，包含能耗统计、用户管理、报警及节能诊断功能[4]。
2.设计应用程序模式
在Web开发中，PHP语法简洁、功能强大，且免费，所以应用PHP脚本语言，以WAMP为开发环境，以MVC进行网站设计，设计该框架结构主要在于其具有良好扩展性、灵活性、逻辑性与重用性，有助于代码修改和管理，实现逻辑与视图分离。其具有三层结构，功能各有不同，模型用于数据库操作接口，也可作为控制器辅助功能应用，设计包含数据库初始化驱动、CURD操作及数据表映射；控制器仅负责URL请求处理，不执行功能运算；视图负责通过HTML将数据展示给用户。
该应用程序包含用户管理、节能诊断、能耗统计及报警记录这几个模块。其中，用户管理模块负责用户权限、密码的管理；节能诊断负责诊断设备各个运行环节，根据检测方法明确系统是否存在问题，生成诊断报告，上报至人工进行故障处理；能耗统计负责统计每个模块的分项、分时及周期能耗，能够自动生成报表；报警记录则是记录历史发生能耗问题，提示人工处理。
3.设计数据库
在数据库设计中，选用MySQL，其作为流行的开放源代码数据库，与PHP语言默契度较高，两者组合稳定性也较强。因而，可应用MySQL为数据库，db-Origin为原始数据库，通过底层存储原始数据，db-Energy则是经过存储数据处理后，可分为用户信息表、用户功能表、能耗数据逐月统计表、能耗数据逐日统计表、能耗数据逐年统计表、故障记录表、节能诊断数据表。
4.设计页面
网站页面设计中划分为用户管理、用户登录、节能诊断、能耗统计与报警记录这几个模块。用户登录，用户首先在登录表中填入邮箱与密码，提及表单，后天验证模块将验证用户登录数据，验证失败则会提醒用户不存在或数据错误，用户能够重新输入账号密码尝试登录，或是进入注册链接；用户管理，将其分为普通用户与管理员，登录普通用户时，隐藏了管理模块，管理员登录时，则可以进行审核新用户、密码和权限管理等；能耗统计，该模块作为基础网页模块，前端为空调系统图形化，显示各个模块能耗动态，以此生成能耗统计表，有助于用户及时了解能耗情况；节能诊断，为系统核心模块，前端为列表式负荷动态匹配比、特征值列表、设备能耗匹配比，将基准值与这三类值进行比较，以判断哪个设备、模块、因素存在故障，在低端网页将会显示报警，即可生成诊断报告。
总结：综上所述，地源热泵空调系统与工业发展和人们生活息息相关，为落实可持续发展，则应当对现有地源热泵空调系统节能进行诊断。因此，可结合实际情况，构建采集模块、数据库服务器、数据传输、Web服务器、诊断服务器及用户终端模块，通过负荷动态匹配比、特征值列表、设备能耗匹配比与基准值比较，判断故障因素，以此诊断空调系统能耗故
参考文献：
[1]董清明，朱启波，董谷雨.地源热泵技术在暖通空调节能中的应用[J].智能城市，2020，6（10）：129-130.
[2]冯连威，王林，马爱华，陈枫.梯级利用地下水储能的地源热泵空调系统分析[J].河南科技大学学报（自然科学版），2020，41（03）：20-26+34+5.
[3]李祥.地源热泵中央空调节能控制系统设计的思考[J].建筑技术开发，2019，46（03）：151-153.
[4]陈慧子，石颖，姚钼超.水蓄能型地源热泵空调系统能量分析[J].建筑节能，2019，47（01）：51-56.