专利名称：一种基于物联网的地源热泵系统监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于地源热泵技术领域，涉及一种监测系统，尤其涉及一种基于物联网的地源热泵系统监测装置，该装置可对地源热泵系统的性能进行评价。
背景技术：
近年来，地源热泵系统在我国大部分地区应用越来越广泛，成为我国可再生能源建筑空调应用的主要形式之一。地源热泵系统建设是一项综合技术较强的复杂工程，涉及建筑学、水文地质学、传热学、流体力学、计算机及自动控制等诸多学科。由于目前设计、施工及运行管理水平的参差不齐，地源热泵系统的实际性能与设计预期差距很大，严重的出现运行能耗过高、甚至系统瘫痪的现象，这在一定程度上制约了该技术的规模化应用。2009年，财政部、建设部联合发布《可再生能源建筑应用城市示范实施方案》和《可再生能源建筑应用示范项目数据监测装置技术导则》(试行)，在全国范围内开展可再生能源建筑应用示范 试点工程，并明确提出了建设地源热泵数据监测装置的若干要求。但是，目前地源热泵系统运行监测、分析、诊断及评价主要依靠物业管理人员人工读取相关监测仪表的数据来完成，方法原始，费时费力，特别不能及时进行地源热泵系统运行的管理和维护，而且，判断地源热泵系统有没有必要进行节能改造，改造前后节能程度多大，都缺乏一个评判的依据。所以，对地源热泵系统进行监测和评价具有迫切的实际需求和重要的现实意义。物联网是新一代信息技术的重要组成部分。所述的物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，把物体和互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征首先，它是各种感知技术的广泛应用，物联网上部署了海量的多种类型传感器，传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据；其次，物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。ZigBee协议规定的技术是一种经济的、低功耗的、高可靠性的近距离无线组网通讯技术，是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台。在整个网络范围内，每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。物联网需要将各种信息传感设备，与互联网结合起来，在这个巨大网络中，作为传感器与通信网络之间的“桥梁”，我们可以用ZigBee无线组网模块的方式来实现。中国专利文献CN101435643A揭示了冷水机组运行能效比监测装置及其监测方法，其测得的冷水机组运行能效比可以适用于冷水机组日常节能运行监管。但是，评价地源热泵系统和对地源热泵系统进行运行管理，只考察冷水机组是片面的，还需要综合考虑冷热源系统，水输配系统。中国专利文献CN201355310Y揭示了一种地源热泵中央空调实时能效比测量仪，其评价指标和专利文献(公开号CN101435643A)相似，该系统仅仅考虑了系统能效比，而没有考虑空调水输送系数，也没运用综合评价的方法对监测数据进行分析、计算和综合处理，更没有得到可以评价地源热泵系统整体性能的综合性能评价指数CPI (ComprehensivePerformance Index)。特别是地源热泵系统，在进行系统能效监测的同时，要对土壤温度和室外空气温度进行同步监测，分析对比，更可以全面说明系统的运行规律。
发明内容
针对目前地源热泵系统监测和评价中的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于物联网的地源热泵系统监测装置，该装置可以获取地源热泵系统的实时能效及相关监测数据；更进一步的，该装置还可以对地源热泵系统的进行综合评价，可获取地源热泵系统综合性能指数、季节性能系数及水输送系数。从而全面评价地源热泵系统的节能水平，为地源热泵系统节能评判和节能改造提供技术依据。本发明提供的一种基于物联网的地源热泵系统监测装置，其特征在于，该装置包括温度传感器组、流量传感器组、智能电表组、无线信号采集模块、本地服务器和远程监计算机； 温度传感器组包括冷水机组冷热源侧进水温度传感器，冷水机组冷热源侧出水温度传感器，冷水机组负荷侧进水温度传感器，冷水机组负荷侧出水温度传感器，至少一个土壤温度传感器，至少一个室外空气温度传感器，至少一个室内温度传感器，各温度传感器内均安装有无线发射模块，用于发射采集的温度数据；流量传感器组包括冷水机组冷热源侧流量传感器，冷水机组负荷侧流量传感器，该流量传感器可以安装在进水或出水口处，各流量传感器内也安装有无线发射模块，用于发射采集的流量数据；无线智能电表组包括位于冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵的三个无线智能电表，用于采集冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵的耗电功率，并通过安装在无线智能电表的无线发射模块发射出去；所述无线信号采集模块用于采集各个无线发射模块发射的数据，所采集的数据通过英特网或者局域网提供给本地服务器；本地服务器根据接收的数据对地源热泵系统进行测评，得到COP及WTF曲线；远程监控计算机通过英特网与本地服务器通讯，随时掌握监测情况并可查看COP及WTF曲线。实施本发明的基于物联网的地源热泵系统监测装置，具有以下有益效果地源热泵系统通过无线传感器采集系统的温度、流量、功率等参数，实时展示了地源热泵系统性能系数及水输送系数的变化规律，并通过地源热泵系统测评模块为用户展示分析结果，使用户可以在线、直观、实时、准确地检测整个地源热泵系统的运行情况。本发明可以获得实时的系统COP (性能系数)、机组C0P、冷冻水WTF(水输送系数)和冷却水WTF，可以进行每日、每周、每月、每个季度或一年的累积值后再进行比较，即可以获得实测的当日累积COP及WTF值、本周累积COP及WTF值、当月累积COP及WTF值、季节累积COP及WTF值或年度COP及WTF值。计算机通过地源热泵测评模块可以自动生成COP值及WTF值的实时曲线、历史累积值，供用户参阅分析。本发明还可以获得地源热泵系统CPI (综合性能指数)，用来全面衡量地源热泵系统的整体性能水平。因此，本发明基于物联网的地源热泵系统监测装置不仅对地源热泵系统改造前后节能效果的验证具有非常重要的作用，还能发现和排除系统可能存在和出现的故障，更有效的指导地源热泵系统优化。
图I为本发明实例提供的地源热泵系统监测装置的结构图；图2本为发明实例提供的地源热泵系统监测装置分析方法流程图； 图3为本发明实例提供的地源热泵系统监测装置的工作流程图；图4为本发明实例提供的地源热泵系统监测装置的测量示意图。
具体实施例方式本发明提供的基于物联网的地源热泵系统监测装置，包括土壤温度无线传感器，用以获取地埋管一定深度附近的土壤温度，以及相同深度距离地埋管一定距离处的土壤温度。此数据监测经过一个季度和一年，可以计算出土壤的热不平衡率。室外空气无线传感器，用以获取室外空气实时温度。室内温度监测用以保证室内空气环境质量。冷水机组冷热源侧及空调负荷侧进出口处的无线温度传感器、无线流量传感器、无线智能电表，用以获取冷水机组冷热源侧及空调负荷侧进出口处的温度、流量，以及冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵的输入功率。在本发明的基于物联网的地源热泵系统监测装置中，无线信号采集模块通过ZigBee协议采集上述温度、流量、功率等参数。本发明的基于物联网的地源热泵系统监测装置及评价方法中，无线信号采集模块通过英特网把无线信号采集模块与本地服务器的地源热泵测评模块相连接。下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。如图I所示，在本发明的基于物联网的地源热泵系统监测装置，包括温度传感器组、流量传感器组、智能电表组、无线信号采集模块、本地服务器和远程监计算机；温度传感器组包括冷水机组冷热源侧进水温度传感器，冷水机组冷热源侧出水温度传感器，冷水机组负荷侧进水温度传感器，冷水机组负荷侧出水温度传感器，至少一个土壤温度传感器，至少一个室外空气温度传感器，至少一个室内温度传感器，各温度传感器内均安装有无线发射模块，用于发射采集的温度数据。流量传感器组包括冷水机组冷热源侧流量传感器，冷水机组负荷侧流量传感器，该流量传感器可以安装在进水或出水口处，各流量传感器内也安装有无线发射模块，用于发射采集的流量数据。无线智能电表组包括位于冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵的三个无线智能电表，用于采集冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵的耗电功率，并通过安装在无线智能电表的无线发射模块发射出去。所述无线信号采集模块用于采集各个无线发射模块发射的数据，所采集的数据通过英特网或者局域网提供给本地服务器。本地服务器根据接收的数据对地源热泵系统进行测评，得到COP及WTF曲线。远程监控计算机通过英特网与本地服务器通讯，随时掌握系统监测情况并可查看COP及WTF曲线。
本地服务器内设置地源热泵测评模块，该模块利用采集的数据，计算各评价指标，并根据评价指标对地源热泵系统的综合性能进行分析，如图2所示，其具体过程如下第一步本地服务器上的地源热泵测评模块所接收的各传感器采集的数据包括室外空气温度Tsw，土壤温度Ττκ，室内温度TSN，冷水机组冷热源侧进口水温度Tu,冷水机组冷热源侧出口水温度Tic，冷水机组空调负荷侧进口水温度Ta，冷水机组空调负荷侧出口水温度τ2。，冷水机组冷热源侧水流量V1，冷水机组空调负荷侧水流量\，冷水机组输入功率N1,冷却水泵输入功率N2，冷冻水泵输入功率Ν3。第二步上述采集数据作为可测指标，用于计算评价指标，同时生成COP及WTF曲线，具体包括地源热泵系统性能系数的瞬时值COP’s，热泵冷水机组性能系数瞬时值COP' U，冷冻水输送系数瞬时值WTF' Olff，冷却水输送系数WTF' ew;各指标瞬时值计算
公式如下
权利要求
1.一种基于物联网的地源热泵系统监测装置，其特征在于，该装置包括温度传感器组、流量传感器组、智能电表组、无线信号采集模块、本地服务器和远程监计算机； 温度传感器组包括冷水机组冷热源侧进水温度传感器，冷水机组冷热源侧出水温度传感器，冷水机组负荷侧进水温度传感器，冷水机组负荷侧出水温度传感器，至少一个土壤温度传感器，至少一个室外空气温度传感器，至少一个室内温度传感器，各温度传感器内均安装有无线发射模块，用于发射采集的温度数据； 流量传感器组包括冷水机组冷热源侧流量传感器，冷水机组负荷侧流量传感器，该流量传感器可以安装在进水或出水口处，各流量传感器内也安装有无线发射模块，用于发射采集的流量数据； 无线智能电表组包括位于冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵的三个无线智能电表，用于采集冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵的耗电功率，并通过安装在无线智能电表的无线发射模块发射出去； 所述无线信号采集模块用于采集各个无线发射模块发射的数据，所采集的数据通过英特网或者局域网提供给本地服务器； 本地服务器根据接收的数据对地源热泵系统进行测评，得到COP及WTF曲线； 远程监控计算机通过英特网与本地服务器通讯，随时掌握监测情况并可查看COP及WTF曲线。
2.根据权利要求I所述的地源热泵系统监测装置，其特征在于，所述本地服务器设置地源热泵测评模块，地源热泵测评模块接收的各传感器采集的数据包括室外空气温度Tsff, 土壤温度Ττκ，室内温度TSN，冷水机组冷热源侧进口水温度Tip冷水机组冷热源侧出口水温度T1。，冷水机组空调负荷侧进口水温度T21，冷水机组空调负荷侧出口水温度T2。，冷水机组冷热源侧水流量V1，冷水机组空调负荷侧水流量V2，冷水机组输入功率N1，冷却水泵输入功率(N2)，冷冻水泵输入功率(N3);将上述采集数据作为可测指标，计算评价指标，同时生成COP及WTF曲线，评价指标具体包括地源热泵系统性能系数的瞬时值COP’s，热泵冷水机组性能系数瞬时值COP' U，冷冻水输送系数瞬时值WTF' ，冷却水输送系数瞬时值WTF' Cff ；再根据上述计算的评价指标，对地源热泵系统的性能进行评价，得到地源热泵系统综合性能指数CPI。
3.根据权利要求2所述的地源热泵系统监测装置，其特征在于，各指标瞬时 值计算公式如下
4.根据权利要求2所述的地源热泵系统监测装置，其特征在于，按照下述过程获得地源热泵系统综合评价指标第I步，计算地源热泵系统性能系数、热泵冷水机组性能系数、冷冻水输送系数和冷却水输送系数的区间平均值COPs、COPu, WTFchw和WTFcw
5.根据权利要求2所述的地源热泵系统监测装置，其特征在于，按照下述过程计算COPs、COPu, WTFchw 和 WTFcw 的权重系数 (1)对评价指标进行归一化处理
6.根据权利要求5所述的地源热泵系统监测装置，其特征在于，具体按照下述过程计算 COPs、COPu, WTFchw 和 WTFcw 的权重系数(1)指标重要性排序C0Ps,COPu, WTFchw, WTFcff (2)指标间差异的计量
全文摘要
本发明涉及地源热泵技术，特别涉及基于物联网的地源热泵系统监测装置。该装置包括土壤温度无线传感器、室外空气温度无线传感器、室内温度无线传感器、冷水机组冷热源侧及空调负荷侧的进出水温度无线传感器、流量无线传感器、无线智能电表、无线信号采集模块、本地服务器、远程监控计算机。无线信号采集模块通过ZigBee协议采集各个传感器参数，通过Modbus协议由英特网传至本地服务器，通过地源热泵系统测评模块存储、计算并显示COP及WTF曲线，最后通过英特网传至远程监控计算机。本发明可获取地源热泵系统的综合评价指标CPI、COP及WTF，适用于地源热泵系统日常节能运行监管及为系统节能改造提供评价依据。
文档编号F24F11/02GK102818337SQ201210243730
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者胡平放, 刘宏昌, 孙启明, 雷飞, 邬田华, 江章宁, 朱娜 申请人:华中科技大学