水（地）源熱泵中央空調（分散式）全自動化控制和保護措施的設計與實現

王晨 （天津剛諾制冷科技發展有限公司 天津300161）

水（地）源熱泵中央空調（分散式）全自動化控制和保護措施的設計與實現

王晨 （天津剛諾制冷科技發展有限公司 天津300161）

水（地）源熱泵中央空調尤其是地源熱泵中央空調（分散式）是現代較為理想的采暖（冷）空調形式，在節約自然能源的同時全自動化控制，節省了人力資源和電能，且在多次實踐中總結出較為簡單、易行、可靠的方案。

節能 自動 保護

1 水（地）源熱泵中央空調（分散式）簡介

水（地）源熱泵中央空調（分散式）融合了傳統中央空調與家用空調兩種形式的優點，將系統的集中性與分散性有機結合起來，既具有傳統中央空調水冷的高能效比（COP），又具有家用空調的使用靈活、方便等優點，簡單可歸結為以下幾點：①冬季采暖只利用地熱不破壞地下水資源，夏季亦然；②不需主機房，節約了寶貴的使用面積；③不需要冷凍水系統，節約了管路的保溫材料，因此提高了樓道間的吊頂高度；④每個使用面積（房間等）為一單獨機組，可單獨運行，個別機組故障時不會影響整個系統，也便于維修，各個使用單元（房間等）也可單獨計量，便于物業管理；⑤在過渡季節時，不同的使用面積（房間等）可根據需要實現制冷或采暖（如餐廳和健身房制冷，而客房等采暖）；⑥運行費用低，節能效果明顯。

分散式機組的社會需求量逐年增加，多數生產傳統大機組的廠家現已同時生產分散式水（地）源熱泵中央空調機組。

2 水（地）源熱泵中央空調（分散式）電氣自動化的設計與實現（見圖1）

分散式機組像家用空調一樣方便是顯而易見的，但與其配套的輔助設備如冷卻塔（地源熱泵用地下埋管冷卻）、水泵等，如也像傳統中央空調大機組運行時那樣需人工操作，其優勢便降低了，因此在電路控制設計中考慮做到理想的全自動化。這一設計必須做到的是，當分散式機組中任何一臺機組被使用時（啟動時），水泵和冷卻塔需同時自動運行；當運行中的若干臺機組全部停止運行時，水泵和冷卻塔同時自動停機，達到無人操作自動運行的效果。

圖1 水（地）源熱泵中央空調（分散式）自動控制電氣模塊原理圖

設計中從每臺分機壓縮機繼電器上取一對常開點，每臺分機的常開點并聯，再按使用區域（如一層樓為一區域）將并聯點引至總控制柜（箱），這樣各個使用區域（各層樓）都有一對端子引線連至總控制柜（箱）內，最終將若干對端子引線再連為一對端子（將各個使用區域端子引線都連至總控制柜內是為維修檢查時方便），這對端子用于水泵、冷卻塔的啟動與停止。這樣當整個空調系統中任一臺機組啟動時（也就是說建筑內任一房間使用其空調設備時），水泵和冷卻塔等設備隨之啟動，當系統運行中的所有機組停止使用時，水泵、冷卻塔等設備隨之停止運行。

3 水（地）源熱泵中央空調系統保護措施的設計與實現

3.1 水位保護

水（地）源熱泵中央空調（分散式）機組在運行中最重要的條件是水管路中不能缺水。機組的冷凝器銅管為雙層，一層內通過冷媒，一層通過水，由水來帶走冷媒的熱（冷）量。當管路中缺水時，冷凝器過熱的冷媒會形成高壓使壓縮機燒毀（雖然機組有高、低壓保護和過流保護，但整個系統中仍需有可靠的缺水保護措施）。當水系統管路中管路破漏或補水不及時時，應斷開空調系統中空調機組的電源，確保機組壓縮機不被損害。

設計中在水系統的最高端，如冷卻塔水池內（地源熱泵機組在補水箱內）裝一個水位開關，連至總控制柜（箱）內，當系統缺水時，水位開關斷開，使總控制箱內繼電器動作，斷開各機組的電源。

3.2 水流保護

當水系統管路中并不缺水，但水泵故障或管路堵塞，管路中的水停止流動時，依然會對運行中的機組壓縮機造成損壞。設計中在管路中（水泵的出、入水口處）裝一個水流開關，當水管中水不流動時水流開關斷開，使總控制柜（箱）內繼電器動作，斷開各空調機組的電源。

由于在空調機組啟動前水泵是停止的，水流開關是斷開狀態的，而水流開關斷開時總控制柜（箱）是將空調機組電源斷開的，為能在初始階段啟動空調機組，總控制箱內加裝一個時間繼電器，時間繼電器一般定時10 s左右，這樣空調機組在啟動后或在運行中，如水系統故障水流開關斷開時，總控制箱將在10 s內切斷空調機組的電源。

3.3 防凍保護

在地源熱泵機組冬季運行時，可能因過節或放寒假等，整個空調系統在若干時間內不使用處于停機狀態，這時水系統管路中的水由于靜止而不能得到地埋管中的熱能，從而在環境溫度影響下結冰，將管路凍裂，造成嚴重后果。

在設計中，從整個建筑中選出一點或幾點最易降溫處（如建筑的最高層的西北角處），在水系統管路上裝一個溫度控制器，將控制溫度調至0℃以上，當管路溫度低于所調溫度時，溫度控制器常開點閉合，閉合點啟動總控制柜（箱）所控制的水泵，當水泵運轉幾分鐘后，管路中的溫度便會等同于地下埋管的溫度，此時水泵在溫控制器控制下自動停機。一次防凍過程僅幾分鐘，比起傳統中央空調來節能的效果是很明顯的，設計中通常將溫控器常開點與空調機組啟動水泵的端子并聯，使線路簡化了許多?！?/p>

2010-11-09