一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统，包括：现场监控计算机、现场模块、传感器、执行器、太阳能集热器、土壤换热器、热泵、室内地暖盘管和管路；现场监控计算机与现场模块联接，现场模块与传感器和执行器联接；分别实现太阳能直接向室内供暖、太阳能热泵供暖、太阳能联合土壤源热泵供暖、土壤源热泵供暖、太阳能季节性土壤蓄热、土壤直接向室内供冷六种控制方式。其有益效果是:提高产品质量和客户满意度，降低了系统维护、改造成本，还可帮助管理者完成高速、高效的智能化决策，以创造更多的经济效益和社会效益。
【专利说明】一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能热利用领域，特别是一种可再生能源综合利用建筑的能源
管理系统。
【背景技术】
[0002]由于我国的地理位置与气候特点，绝大部分建筑都需要使用供暖空调系统，城市建筑的快速发展给地源热泵系统在建筑暖通空调系统中的应用带来了巨大的发展潜力。据统计，建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27.6%，且仍持续增长。目前我国城镇民用建筑运行耗电占我国总发电量的25%左右，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15%~20%，这些数值仅为建筑运行所消耗的能源。
[0003]建筑物使用过程消耗的能源占其全生命过程消耗总能源的80%以上。现在中国城镇建筑运行能耗由北方地区冬季采暖能耗、住宅和一般公共建筑除采暖外的能耗、大型公共建筑能耗构成，占社会总能耗的20%~22%。建筑能耗受单位面积能耗和建筑总量影响，随着建筑总量的增加而增加。在美国、欧洲和日本等发达国家，建筑运行能耗水平已经处于制造大国时期的20%~25%。
[0004]随着太阳能热利用产业的迅猛发展，对太阳地源热泵供暖(冷)系统智能化控制的要求与日俱增，在以信息化、数字化、网络化为基础的新经济条件下，太阳地源热泵供暖(冷)器的网络化也将成为一个发展的必然趋势。
[0005]在太阳能利用控制行业，因整体起步较晚，国内仅有部分企业对太阳热水工程的远程访问做了实际的应用探讨，但在实际工程的控制上，多还未真正实现自动化控制功能。
【发明内容】
`[0006]为了解决对太阳地源热泵供暖(冷)系统智能化控制的要求，本实用新型所采用的技术方案是:本实用新型提供一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统，包括:现场监控计算机、现场模块、传感器、执行器、太阳能集热器、土壤换热器、热泵、室内地暖盘管和管路。
[0007]本实用新型提供一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统为计算机化监控系统，又称DDC系统，即直接控制系统，它对测量数据的处理以及控制算法都是以数字计算为基础，通过软件实现的；软件采用工控组态软件，将各种输入信号通过数据总线直接接到计算机输入端口，从而实现数据采集与控制管理保护功能；现场监控计算机与现场模块联接，现场模块与传感器和执行器联接；太阳能集热器出水口连接电动泵a，进水口连接电动阀h ;土壤换热器进水口连接电动阀f，水口连接电动阀g ;热泵热源侧分别连接电动阀d、电动阀e，热泵地暖侧分别连接电动阀d、电动阀e ;室内地暖盘管进水口连接电动泵b，室内地暖盘管出水口连接电动泵b ;
[0008]管路b分别联通电动泵a、电动阀1、电动阀j、电动阀a、电动阀d ;管路c分别联通电动泵b、电动阀a、电动阀b ;管路d分别联通室内地暖盘管、电动阀C、电动阀i ;管路f分别联通电动阀1、电动阀e、电动阀j、电动泵e ;管路g分别联通电动泵e、电动阀k、电动阀f ;管路h分别联通电动阀g、电动阀h、电动阀1、电动阀k ；
[0009]室外温度传感器测量的温度为T8，集热器内温度传感器测量的温度为Tl，蓄热土壤温度传感器测量的温度为T2，土壤换热器出水温度传感器测量的温度为T9，室内地暖盘管温度传感器测量的温度为T3、室内温度传感器测量的温度为T10。[0010]当室内温度TlO ( 15°C (可调)时，利用太阳能集热器进行对系统管道内介质进行加热，当太阳能集热器内温度TI > T3，且TI > (T10+3 °C )时，先同时启动电动阀a、电动阀
1、电动阀k、电动阀h，再间隔2S后启动电动泵a、电动泵b、电动泵e ;当室内温度T10=22°C(可调)时，关闭所有执行器，实现用太阳能直接向室内供暖。
[0011]当室内温度TlO ( 15°C (可调)时，当太阳能集热器内温度Tl≥5°C，且Tl < TlO(室内温度)3°C (可调)时,先同时启动电动阀b、电动阀C、电动阀d、电动阀e、电动阀k、电动阀h，再间隔2S后启动电动泵a、电动泵b、电动泵e，同时启动热泵进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器和热泵，实现利用太阳能集热器及热泵对室内地暖盘管内介质进行加热，即太阳能热泵供暖模式。
[0012]当室内温度TlO ( 15°C (可调)时，并且土壤中温度T2≥太阳能集热器内温度Tl且Tl≥5°C，并且Tl < TlO (室内温度)3°C (可调)时，先同时启动电动阀b、电动阀C、电动阀d、电动阀e、电动阀f、电动阀g、电动阀h，再间隔2S后启动电动泵a、电动泵b、电动泵e，同时启动热泵进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器和热泵，实现利用太阳能集热器、热泵和土壤换热器联合对室内地暖盘管内介质进行加热，即太阳能联合土壤源热泵供暖模式。
[0013]在供暖季:当室内温度TlO ( 15°C (可调)时，当土壤中温度T2≥太阳能集热器内温度Tl且Tl ^ 5°C时，先同时启动电动阀b、电动阀C、电动阀d、电动阀e、电动阀f、电动阀g、电动阀i，再间隔2S后启动电动泵b、电动泵e，同时启动热泵进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器和热泵，实现利用热泵和土壤换热器对室内地暖盘管内介质进行加热，即土壤源热泵供暖模式。
[0014]当太阳能集热器中温度Tl≥土壤中温度T2约8°C (可调)时，先同时启动电动阀f、电动阀g、电动阀h、电动阀k，再间隔2S后启动电动泵a、电动泵e，实现利用土壤换热器进行散热。经过一段时间工作后当Tl与T2的温差<3°C (可调)时，关闭所有执行器，即太阳能季节性土壤蓄热模式。其有益效果是:在非采暖季，:室内不需要供热或供冷，但由于东西冬夏建筑冷热负荷不平衡，地源热泵用于供暖空调，长期运行会导致土壤换热器周围冷量堆积，运行能效及可靠性会逐年下降，因此应向土壤换热器周围补热或与其他系统联合运行，保证土壤热平衡。
[0015]夏季当室温TlO > 28°C (可调)，且土壤温度T2≥20°C (可调)时，先同时启动电动阀f、电动阀g、电动阀1、电动阀a、电动阀i，再间隔2S后启动电动泵b、电动泵e，当室温TlO低于25°C或者与T2温差< 3°C时，关闭所有执行器，实现土壤直接向室内供冷模式。
[0016]本实用新型提供的是一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统，其有益效果是:提高产品质量和客户满意度，降低了系统维护、改造成本，还可帮助管理者完成高速、高效的智能化决策，以创造更多的经济效益和社会效益。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的控制系统的原理示意图。
[0018]图2是本实用新型的控制系统及结构示意图。
[0019]图中标号说明如下:
[0020]5-现场监控计算机、6-现场模块、7-传感器、8-执行器、10-太阳能集热器、11-土壤换热器、12-热泵、13-室内地暖盘管、21-管路b、22-管路c、23-管路d、25-管路f、26-管路g、27-管路h、40-电动阀a、41-电动阀b、42-电动阀C、43-电动阀d、44-电动阀e、45-电动阀f、46-电动阀g、47-电动阀h、48-电动阀1、49-电动阀j、50-电动阀k、51-电动阀1、60-电动泵a、61-电动泵b、64-电动泵e、80_室外温度传感器、81-集热器内温度传感器、82-蓄热土壤温度传感器、83- 土壤换热器出水温度传感器、84-室内地暖盘管温度传感器、85-室内温度传感器。
【具体实施方式】
[0021]如图1、图2所示，本实用新型提供一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统，包括:现场监控计算机5、现场模块6、传感器7、执行器8、太阳能集热器10、土壤换热器
11、热泵12、室内地暖盘管13和管路；其中，管路包括:管路b21、管路c22、管路d23、管路f25、管路g26、管路h27 ;执行器8包括:电动阀a40、电动阀b41、电动阀c42、电动阀d43、电动阀e44、电动阀f45、电动阀g46、电动阀h47、电动阀i48、电动阀j49、电动阀k50、电动阀i51、电动泵a60、电动泵b61、电动泵e64 ;传感器7包括:室外温度传感器80、集热器内温度传感器81、蓄热土壤温度传感器82、土壤换热器出水温度传感器83、室内地暖盘管温度传感器84、室内温度传感器85。
[0022]本实用新型提供一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统为计算机化监控系统，又称DDC系统，即直接控制系统，它对测量数据的处理以及控制算法都是以数字计算为基础，通过软件实现的；软件采用工控组态软件，将各种输入信号通过数据总线直接接到计算机输入端口，从而实现数据采集与控制管理保护功能；现场监控计算机5与现场模块6联接，现场模块6与传感器7和执行器8联接。
[0023]太阳能集热器10出水口连接电动泵a60，进水口连接电动阀h47 ;土壤换热器11进水口连接电动阀f45，出水口连接电动阀g46 ;热泵12热源侧分别连接电动阀d43、电动阀e44，热泵12地暖侧分别连接电动阀b41、电动阀c42 ;室内地暖盘管13进水口连接电动泵b61 ;管路b21分别联通电动泵a60、电动阀i48、电动阀j49、电动阀a40、电动阀d43 ;管路c22分别联通电动泵b61、电动阀a40、电动阀b41 ;管路d23分别联通室内地暖盘管13、电动阀c42、电动阀i51 ;管路f25分别联通电动阀i51、电动阀e44、电动阀j49、电动泵e64 ；管路g26分别联通电动泵e64、电动阀k50、电动阀f45 ;管路h27分别联通电动阀g46、电动阀h47、电动阀i48、电动阀k50 ;室外温度传感器80测量的温度为T8，集热器内温度传感器81测量的温度为Tl，蓄热土壤温度传感器82测量的温度为T2，土壤换热器出水温度传感器83测量的温度为T9，室内地暖盘管温度传感器84测量的温度为T3、室内温度传感器85测量的温度为TlO。
[0024]如图2所示，当室内温度TlO≤15°C (可调)时，利用太阳能集热器10进行对系统管道内介质进行加热，当太阳 能集热器10内温度Tl≤T3，且Tl≤(T10+3°C)时，先同时启动电动阀a40、电动阀i51、电动阀k50、电动阀h47,再间隔2S后启动电动泵a60、电动泵b61、电动泵e64;当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器8，实现用太阳能直接向室内供暖。
[0025]如图2所示，当室内温度TlO ≤ 15 0C (可调)时，当太阳能集热器10内温度Tl≥5°C，且Tl < TlO (室内温度)3°C (可调)时，先同时启动电动阀b41、电动阀c42、电动阀d43、电动阀e44、电动阀k50、电动阀h47，再间隔2S后启动电动泵a60、电动泵b61、电动泵e64，同时启动热泵12进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器8和热泵12，实现利用太阳能集热器10及热泵12对室内地暖盘管13内介质进行加热，即太阳能热泵供暖模式。
[0026]如图2所示，当室内温度TlO ≤ 15°C (可调)时，并且土壤中温度T2≥太阳能集热器10内温度Tl且Tl≥5°C，并且Tl < TlO (室内温度)3°C (可调)时，先同时启动电动阀b41、电动阀c42、电动阀d43、电动阀e44、电动阀f45、电动阀g46、电动阀h47，再间隔2S后启动电动泵a60、电动泵b61、电动泵e64，同时启动热泵12进行工作；当室内温度T 10=22°C(可调)时，关闭所有执行器8和热泵12，实现利用太阳能集热器10、热泵12和土壤换热器11联合对室内地暖盘管13内介质进行加热，即太阳能联合土壤源热泵供暖模式。
[0027]如图2所示，在供暖季:当室内温度TlO ≤ 15°C (可调)时，当土壤中温度T2≥太阳能集热器10内温度Tl且Tl≥5°C时，先同时启动电动阀b41、电动阀C42、电动阀d43、电动阀e44、电动阀f45、电动阀g46、电动阀i48，再间隔2S后启动电动泵b61、电动泵e64，同时启动热泵12进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器8和热泵12，实现利用热泵12和土壤换热器11对室内地暖盘管13内介质进行加热，即土壤源热泵供暖模式。
[0028]如图2所示，当太阳能集热器10中温度Tl ≥土壤中温度T2约8°C (可调)时，先同时启动电动阀f45、电动阀g46、电动阀h47、电动阀k50，再间隔2S后启动电动泵a60、电动泵e64，实现利用土壤换热器11进行散热。经过一段时间工作后当Tl与T2的温差≤ 3°C(可调)时，关闭所有执行器8，即太阳能季节性土壤蓄热模式。其有益效果是:在非采暖季，:室内不需要供热或供冷，但由于东西冬夏建筑冷热负荷不平衡，地源热泵用于供暖空调，长期运行会导致土壤换热器周围冷量堆积，运行能效及可靠性会逐年下降，因此应向土壤换热器周围补热或与其他系统联合运行，保证土壤热平衡。
[0029]如图2所示，夏季当室温TlO > 28°C (可调)，且土壤温度T2≤20°C (可调)时，先同时启动电动阀f45、电动阀g46、电动阀i48、电动阀a40、电动阀i51，再间隔2S后启动电动泵b61、电动泵e64，当室温TlO低于25°C或者与T2温差< 3°C时，关闭所有执行器8，实现土壤直接向室内供冷模式。
【权利要求】
1.一种可再生能源综合利用建筑的能源管理系统，包括:现场监控计算机(5)、现场模块(6)、传感器(7)、执行器(8)、太阳能集热器(10)、土壤换热器(11)、热泵(12)、室内地暖盘管(13)和管路；其中，管路包括:管路b(21)、管路c (22)、管路d(23)、管路f(25)、管路g (26)、管路h (27);执行器(8)包括:电动阀a (40)、电动阀b (41)、电动阀c (42)、电动阀d (43)、电动阀e (44)、电动阀f (45)、电动阀g (46)、电动阀h (47)、电动阀i (48)、电动阀j (49)、电动阀k (50)、电动阀i (51)、电动泵a (60)、电动泵b (61)、电动泵e (64);传感器(7)包括:室外温度传感器(80)、集热器内温度传感器(81)、蓄热土壤温度传感器(82)、土壤换热器出水温度传感器(83)、室内地暖盘管温度传感器(84)、室内温度传感器(85)； 其特征在于:现场监控计算机(5)与现场模块(6)联接，现场模块(6)与传感器(7)和执行器⑶联接；太阳能集热器(10)出水口连接电动泵a(60)，进水口连接电动阀h(47)；土壤换热器(11)进水口连接电动阀f (45)，出水口连接电动阀g(46);热泵(12)热源侧分别连接电动阀d(43)、电动阀e(44)，热泵(12)地暖侧分别连接电动阀b (41)、电动阀c (42);室内地暖盘管(13)进水口连接电动泵b(61);管路b(21)分别联通电动泵a(60)、电动阀i (48)、电动阀j (49)、电动阀a (40)、电动阀d (43);管路c (22)分别联通电动泵b (61)、电动阀a (40)、电动阀b (41);管路d(23)分别联通室内地暖盘管(13)、电动阀c (42)、电动阀i (51);管路f(25)分别联通电动阀i (51)、电动阀e (44)、电动阀j (49)、电动泵e (64)；管路g(26)分别联通电动泵e(64)、电动阀k(50)、电动阀f(45);管路h(27)分别联通电动阀g(46)、电动阀h (47)、电动阀i (48)、电动阀k(50);室外温度传感器(80)测量的温度为T8,集热器内温度传感器(81)测量的温度为Tl，蓄热土壤温度传感器(82)测量的温度为T2，土壤换热器出水温度传感器(83)测量的温度为T9，室内地暖盘管温度传感器(84)测量的温度为T3、室内温度传感器(85)测量的温度为TlO ； 当室内温度TlO ( 15°C (可调)时，利用太阳能集热器(10)进行对系统管道内介质进行加热，当太阳能集热器(10)内温度Tl≥T3，且Tl≥(T10+3°C)时，先同时启动电动阀a (40)、电动阀i (51)、电动阀k (50)、电动阀h (47)，再间隔2S后启动电动泵a (60)、电动泵b (61)、电动泵e (64);当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器(8)，实现用太阳能直接向室内供暖； 当室内温度TlO≥15°C(可调)时，当太阳能集热器(10)内温度Tl≥5°C，且Tl <T10(室内温度)3°C (可调)时，先同时启动电动阀b (41)、电动阀c (42)、电动阀d(43)、电动阀e (44)、电动阀k (50)、电动阀h (47)，再间隔2S后启动电动泵a (60)、电动泵b (61)、电动泵e(64)，同时启动热泵(12)进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器(8)和热泵(12)，实现利用太阳能集热器(10)及热泵(12)对室内地暖盘管(13)内介质进行加热，即太阳能热泵供暖模式； 当室内温度TlO≥15°C (可调)时，并且土壤中温度T2≥太阳能集热器(10)内温度Tl且Tl > 5°C，并且Tl < TlO (室内温度)3°C (可调)时，先同时启动电动阀b (41)、电动阀c (42)、电动阀d (43)、电动阀e (44)、电动阀f (45)、电动阀g (46)、电动阀h (47)，再间隔2S后启动电动泵a(60)、电动泵b(61)、电动泵e(64)，同时启动热泵(12)进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器(8)和热泵(12)，实现利用太阳能集热器(10)、热泵(12)和土壤换热器(11)联合对室内地暖盘管(13)内介质进行加热，即太阳能联合土壤源热泵供暖模式；在供暖季:当室内温度TlO ≤ 15°C (可调)时，当土壤中温度T2≥太阳能集热器(10)内温度Tl且Tl≥5°C时，先同时启动电动阀b (41)、电动阀c (42)、电动阀d (43)、电动阀e (44)、电动阀f (45)、电动阀g (46)、电动阀i (48)，再间隔2S后启动电动泵b (61)、电动泵e(64)，同时启动热泵(12)进行工作；当室内温度T10=22°C (可调)时，关闭所有执行器(8)和热泵(12)，实现利用热泵(12)和土壤换热器(11)对室内地暖盘管(13)内介质进行加热，即土壤源热泵供暖模式； 当太阳能集热器(10)中温度Tl≥土壤中温度T2约8°C (可调)时，先同时启动电动阀f (45)、电动阀g (46)、电动阀h (47)、电动阀k (50)，再间隔2S后启动电动泵a (60)、电动泵e (64)，实现利用土壤换热器(11)进行散热；经过一段时间工作后当Tl与T2的温差≤3°C(可调)时，关闭所有执行器⑶，即太阳能季节性土壤蓄热模式； 夏季当室温TlO > 28°C (可调)，且土壤温度T2≤20°C (可调)时，先同时启动电动阀f (45)、电动阀g(46)、电动阀i(48)、电动阀a(40)、电动阀i(51)，再间隔2S后启动电动泵b (61)、电动泵e (64)，当室温TlO低于25°C或者与T2温差< 3°C时，关闭所有执行器(8)，实现土壤直接向室内供冷模式。
【文档编号】F24F11/02GK203671812SQ201320847839
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月22日 优先权日:2013年12月22日
【发明者】林闽, 李卫华, 热孜望, 张艳红, 修强, 韩宇, 阿不来提 申请人:新疆太阳能科技开发公司