分析多源暖通空調控制技術應用

袁堂欽

（大連先鋒建筑設計咨詢有限公司，遼寧 大連116021）

1 多源暖通空調系統概述

多源暖通空調即采用多源熱泵技術將低位熱源所產生的熱能進行收集并逐步轉移到高位熱源中，從而為采暖用戶提供高品質的供暖。目前，根據熱源種類的不同可大致分為以下3 類：空氣熱源暖通空調、水源暖通空調和空氣源暖通空調。

一般情況下，多源暖通空調在使用過程中和傳統空調系統具有一定的差別，傳統空調系統在運作過程中主要有冷熱源，也就是人們通常所說的熱泵。冷媒輸配管網、空氣分配裝置、被調對象等一系列的裝置，而多元暖通空調系統在使用過程中，包括多源熱泵機組、空氣處理設備、自動控制裝置、太陽能集熱器、儲能水箱等一系列的內容，在進行能量存儲或者是功能過程中，多源暖通空調系統主要依靠多源熱泵機組和保溫箱。在運作過程中，需要對太陽能集熱器進行設計，充分發揮太陽能清潔能源的優勢，在使用過程中也不會排放大量的有害物質。此外，需要做好儲能水箱的設計工作，為了保證暖通空調系統和熱水系統有機連接，必須要做好太陽能水箱存儲，在進行太陽能集熱水箱運作時，為了滿足空調和熱水制取的需求，需要保證水箱和空調系統共同運作[1]。

2 多源暖通空調系統優勢分析

傳統暖通空調系統由于設備造價高，運行能耗大等缺點長期以來制約了其在我國的應用和推廣，尤其是在部分采暖空間較為獨立、供電線路系統老舊的建筑中，推廣應用的難度更大。多源暖通空調系統與傳統暖通空調系統相比，其在系統能耗、設備維護等方面相比具有明顯優勢。這些優勢主要體現在如下方面。

2.1 主動融合多種清潔能源

目前，我國南方部分地區在冬季采暖季節中雖然室外大氣溫度只有10℃上下，但此時的大氣中還蘊含大量可供利用的熱量，如顯熱與潛熱，通過利用空氣源熱泵收集和利用大氣中的熱量，不僅能夠將室外較低品位的熱能加以收集利用，而且其能耗遠低于其他熱源暖通空調。

人類利用太陽能的歷史較為悠久，但在利用太陽能作為多源暖通空調的熱源時受到采暖區域緯度坐標、晝夜時長、當地天氣情況等客觀因素的影響，從而使得該種類型熱源在供熱穩定性上存在一定問題。

為此，多源暖通空調系統則通過將多種熱源進行有機的融合，從而達到取長補短的功效，充分發揮了每一種熱源的優勢。例如，采用太陽能-空氣能-水能的復合式多源暖通空調則可以可再生能源作為供熱遠，并實現了空氣、水、太陽能之間的熱量轉換和互補[2]。

2.2 充分利用晝夜電價差

我國的供電制度設定用電戶在每日的晝夜之間存在一定量的用電單價差，即每日22 點至次日8 點之間的用電電價僅為次日8 點至22 點的一半。為此，以儲熱水箱或儲熱水池為核心技術的多源暖通空調系統通過在每日夜間22 點至次日8點期間相對低廉的電價對儲熱水箱或儲熱水池內的儲水進行加熱，使其達到一定的溫度并采用較好的保溫技術將其穩定在一定的溫度范圍內，以便次日晝間采暖用戶需要供暖時便可采用熱泵將儲存在儲熱水箱或儲熱水池中的熱能供給采暖用戶。一旦儲熱水箱或儲熱水池中的熱能被消耗殆盡或低于一定指標，系統則將啟用其他熱源為暖通空調系統供給熱能。另外，部分儲熱水箱或儲熱水池中的熱水還能供給用戶作為洗漱用的熱水源。

2.3 系統自動化程度較高

鑒于多源暖通空調系統的熱能來自多個供熱系統，而暖通空調系統需要根據當地不同的氣候環境條件對多個熱源進行切換，從而實現能耗最優的目的。例如，在晝間光照較好的條件下系統將采取以太陽能熱泵為主的供熱系統，而當天下午光照強度不足以支撐暖通空調系統供熱需求時，系統自控設備將把部分儲存在儲熱水箱或儲熱水池中的熱源提取出來以供暖通設備使用。上述各類設備均可在無人值守的狀態下自主運行。

3 多源暖通空調控制系統概述

多源暖通空調控制系統基本采用分散式控制系統，該類型的控制系統內多以分級控制來對系統內的所有設備進行控制，此外，又可按照管理層級分為現場級與管理級2 大類。而上述2 大類控制系統之間可用控制系統網絡來實現數據的共享與傳輸，從而滿足較為龐大的暖通空調系統中諸多設備的控制與協調需求。

3.1 現場級控制系統

現場級控制系統所控制的設備主要包括多源熱泵機組、空氣循環熱泵機組、太陽能熱泵循環機組等熱源供應設備，其還包括了各類傳感器、執行器、現場控制器。

傳感器通常被用于收集供暖空間及暖通設備本身的各項物理量數據，如溫度、液體壓強、液體流量、空氣濕度等指標，也正因上述暖通系統內外觀測數據的收集，才能為控制軟件提供各類設備啟閉運行決策的依據。

執行器是指將控制軟件輸出的各類控制指令施加到暖通空調系統內被控制的設備，其作為末端的執行設備改變流入或流出被控對象的物質量或能量形成被控制參數的調節，例如，供水管道中的閥門、水泵的啟閉等。

現場控制器主要負責監控各類傳感器的數據采集，并將采集的數據與被檢測對象的系統預設值進行比對，從而計算出相應的控制作用。根據相關的計算機控制部分設備的運行狀態，同時，現場級控制器還可與暖通系統的中央管理計算機進行聯動，接受其發出的所有指令，而當暖通系統中央管理級控制軟件出現故障時，現場控制器仍舊可以按照其設備內部設定的參數管控其所負責控制的系統設備。現場控制器主要由I/O 接口、運算單元、顯示單元等部分組成[3]。

3.2 管理級控制系統與控制網絡

目前，多源暖通空調的管理級控制系統主要由管理計算機與其配套的控制軟件組成，隨著PLC 技術的不斷成熟，管理計算機基本被可靠度高、故障率小的工業級單片機所取代，而至于配套的系統控制軟件則成為了整個多源暖通空調系統的“大管家”，負責整個系統運行。

控制網絡作為連通現場級控制器和管理級控制系統的媒介，其負責整個管控系統的數據傳輸。

4 多源暖通空調控制系統技術的創新

4.1 系統節能與環保指標的體現

由于我國各地的氣候與居民生活習慣的差異性，加之各類的能源供給情況略有不同，為了使得多源暖通空調系統更大地發揮節能環保的優勢，可在其系統選型期間結合當地實際情況選擇經濟性較高且符合當地居民使用習慣的熱源。同時，在對暖通空調機組進行調試時，可根據各地不同情況對相關控制數據進行微調，并擬定相應的系統自控原理圖和控制程序，以便進一步提升其節能環保的優勢。

4.2 控制系統的無線化

鑒于我國建筑內部空間極其有限，而多源暖通空調系統與傳統的空調系統相比，其各類控制器與控制網絡的數量大為增加。為此，筆者建議，充分發揮現今無線數據傳輸技術的創新，將無線傳輸設備取代原有的有效傳輸模式，從而實現所有傳感器與控制器之間的數據共享，這既減輕了系統安裝維護的壓力，又能使控制數據的利用率得到大幅度提高。

5 結語

綜上所述，多源暖通空調系統能夠充分使用空氣源、水源等多項多源熱泵機組技術。做好暖通空調控制系統的探究工作，從而使系統向著自動化、節能化方向不斷前行。