专利名称：一种多变流量地源热泵单元系统和控制器及控制方法
技术领域：
本发明涉及地源热泵领域，更确切地说一种多变流量地源热泵单元系统和控制器 及控制器方法。
背景技术：
地源热泵空调机组在建筑热能中有着广泛的应用，大量应用于办公楼、学校、民居 等建筑中，用来提供冬季取暖和夏季制冷。在热泵机组中，COP值的高低，决定了机组的能效，因此，如何使机组提高能效是热 泵领域研究的重要课题。在冬季供热时，制热量(W)与输入功率(W)的比率定义为热泵的循环性能系数 COP;在夏季制冷时，制冷量(W)与输入功率(W)的比率定义为热泵的能效比EER。为不引 起歧义，我们将冬季热泵循环性能系数和夏季热泵的能效比表达形式均采用COP(能效比) 表示。COP值(制冷效率)实际就是热泵系统所能实现的制冷量(制热量)和输入功率的 比值，在相同的工况下，其比值越大说明这个热泵系统的效率越高越节能。人们围绕地源热 泵机组的COP值的提高，进行了诸多的研究，但是对整个地源热泵单元系统的COP值提高的 研究还未见报道。一个地源热泵系统，包括地源侧循环系统，地源热泵系统和空调系统，这个系统中 的压缩机和循环水泵为系统主要能源消耗部分，如何降低系统能耗，使地源热泵单元系统 得到较高的能效比C0P，我们发明了以下的技术方案。
发明内容
本发明要解决的是问题是提供了一种多变流量地源热泵单元系统和控制器及其 控制方法，实现热泵系统的多变流控制，从而提高单元系统的COP值。为达到上述目的，本发明的实施例的技术方案提出一种地源热泵多变流量单元系 统，包括地源侧循环水泵，地源热泵机组和空调系统循环水泵(或空调循环风机)，将其集 成到一个机组内，形成一个地源热泵单元系统。为达到上述目的，本发明的实施例的技术方案提出一种地源热泵多变流量机组控 制器，包括多变流量总控单元和房间温度采集单元，使其地源系统的循环水泵、热泵机组和 空调循环水泵能够实现协调变频，从而降解低系统单元的能耗，而提高单元系统的COP值。所述房间温度采集控制单元2用于采集房间温度和输入的设定温度，通过RS485 通讯模块21传递给多变流量总控单元并传递给多变流量总单元1中的中RS485通讯模块 22。所述的多变流量总控单元1，其中心控制单元11用于控制RS485通讯模块12、 GPRS收发模块13、冷量采集模块14、热水循环泵起停15、电源供给及电流电压检测模块16、 热泵单元17、地源水泵变频模块18和空调水变频模块19 ；所述的DSP中心单元，进一步包括，A/D模数转换模块、2个I/O输入输出模块、1
4个步进驱动，外部的温度信号通过A/D模数转换模块转换成数字信号，并送至DSP控制器， 经DSP控制器进行分析计算发送命令至变频器是变频器的频率发生改变，进而使压缩机或 者水泵的转速达到连续的控制。所述的RS485通讯模块12，用于接收温度采集单元2中RS485通讯模块12的传递 过来的房间温度和设定温度，并传递给中心控制单元11。所述的GPRS收发模块13，用于从中心控制单元11接收机组的运行信息并传递给 上位机，所述的与上位机的进行的信息通讯中，所述信息包括压缩机的运行参数和指令、地 源水泵的运行参数和指令以及空调水泵的运行参数和指令。所述的冷热量采集模块14，进一步包括空调进出水温度温度采集模块和流量采集 模块，所述的空调进出水采集模块进一步包括，置于空调进出水管路上的温度传感器，所述 的流量采集模块进一步包括流量传感器。所述的热水循环泵起停15用于生产生活用水。电源供给及电流电压检测模块16包括电流检测和分析母线电流，根据所述母线 电流计算压缩机、地源水泵和空调水泵的电流，从而计算出电机的消耗功率。所述的热泵单元17进一步包括压缩机变频模块171和四通过阀和电子膨胀阀模 块172，用于控制压缩机的启动和变频。地源水泵变频模块18，包括1台循水泵和1台变频器，用于地源水泵的变频。空调水变频模块19，包括1台水泵和1台变频器，用于空调水泵的变频。所述的中心控制单元为DSP数据处理机。为达到上述目的，本发明的实施例的技术方案提出一种多变流量控制方法，包括 以下步骤A、房间温度控制器将温度设定值、开停等信息传递给DSP中心控制器；B、中心控制单元将机组运行参数通过GPRS传递给上位机；C、DSP依据房间制冷制热信息启动变频热泵单元、地源变频水泵和空调变频水 泵；D、冷热量采集和电压电流采集模块采集相关数据为效能控制提供依据；E、热泵单元、水泵模块依据DSP控制要求控制压缩机和水泵转速；F、DSP通过效能计算对比改变参数调整水泵转速，让不同控制点的效能达到最大 化；G、热能回收模块控制热水循水泵在机组制冷状态下回收生活热水。所述步骤A进一步包括以下步骤Al、房间温度控制器21设定温度值、开停等信息；A2、设定温度值、开停等信息传递给RS485通讯模块22 ；A3、RS485通讯模块22将设定温度值、开停等信息传递给RS485通讯模块12 ；A4、RS485通讯模块12将设定温度值、开停等信息传递给DSP中心控制器。所述的步骤B进一步包括以下步骤Bi、热泵单元、地源循环水泵单元和空调循环水泵单元采集机组和循环水泵的运 行参数；B2、运行参数传递到DSP控制单元
5
B3、通过GPRS上传给上位机。所述的步骤D包括以下步骤D1、冷热采集模块中的进出水采集模块采集空调进出水的温度，并计算出温度差 Δ T ；D2、冷热采集模块中的流量采集模块采集空调管路中流体的单位流量M ；
D3、根据采集到的数据，计算机组产生的能量Q = CM Δ T (Q代表能量、C单位比热)；D4、电压电流采集模块解析机组的电流、地源水泵、空调水泵的电压电流，并计算 出机组消耗功率W= IV= I1V1+I2V2+I3V3，其中11、VI、12、V2、13、V3分别为压缩机组、 地源循环水泵和空调循环水泵的电压和电流；所述的步骤F包括以下步骤F1、通过采集和计算所得Q和W，计算出机组效能COP值，COP = Q/w ；F2、DPS运用模糊控制技术，通过效能计算对比改变参数调整水泵转速，让不同控 制点的效能达到最大
图1为控制器结构框2为控制流程图
具体实施例方式有关本发明的特征与实际应用，现结合附图作最佳实施例详细说明如下本发明的一种多变流量机组控制器如图1所示，包括包括多变流量总控单元1和 房间温度采集单元2。其中房间温度控制单元2设有与终端房间数量等同的温度控制器， 用于采集房间的温度和设定房间的温度，RS485通讯模块12用于实现温度控制器与总控流 量控制单元1的通讯；所述的总控流量总控单元2进一步包括DSP中心控制单元11、RS485 通讯模块12、GPRS收发模块13、冷热量采集模块14、热水循环泵起停15、电源供给及电压 电流检测模块16、热泵控制单元17、地源水泵变频模块18和空调水泵变频模块19。实施例一，采用图1所示的多变流量控制器，其发明的多变流量控制方法的流程 如图2所示，本发明包括以下步骤步骤SOl 房间温度控制器将温度设定值温度等信息传送给DSP，房间温度控制器 21将设定温度值、开停等信息传递给RS485通讯模块22将设定温度值、开停等信息传递给 RS485通讯模块12并传递给DSP中心控制器。步骤S02 中心控制单元将机组运行参数传送到上位机，步骤S02进一步包括热 泵单元运行参数传递到DSP控制单元；地源循环水泵单元运行参数传递到DSP控制单元； 空调循环水泵单元采集机组和循环水泵的运行参数传递到DSP控制单元；通过GPRS上传给 上位机。步骤S03 =DSP依据房间制冷制热信息热泵单元、地源空调变频水泵和空调变频水 泵，步骤S03进一步包括以下步骤DSP依据房间制冷制热信息启动热泵单元；DSP依据房间制冷制热信息启动四通阀，以确定机组制冷或者制热；DSP依据房间制冷制热信息启动电子膨胀阀，以其开关量的 大小确定机组的做功大小；DSP依据房间制冷制热信息启动地源变频水泵；DSP依据房间制 冷制热信息启动空调变频水泵。步骤S04 冷热量采集和电流电压模块采集相关数据，为能效控制提供依据，步骤 S04又分为以下步骤冷热采集模块中的进出水采集模块采集空调进出水的温度，并计算 出温度差Δ T ；冷热采集模块中的流量采集模块采集空调管路中流体的单位流量M ；根据 采集到的数据，计算机组产生的能量，Q = CMΔ T (Q代表能量、C单位比热)；电压电流采集 模块解析机组的电流、地源水泵、空调水泵的电压电流，并计算出机组消耗功率W = IV = I1V1+I2V2+I3V3，其中11、VI、12、V2、13、V3分别为压缩机组、地源循环水泵和空调循环水 泵的电压和电流；步骤S05 热泵单元、水泵模块依据DSP控制要求控制压缩和水泵转速，步骤S05 又包括以下步骤外部的温度信号通过A/D模数转换模块转换成数字信号，并送至DSP控制 器；经DSP控制器进行分析计算发送命令至变频器是变频器的频率发生改变；进而使压缩 机或者水泵的转速达到连续的控制。步骤S06:DSP通过系统效能计算调节水泵转速，让不同控制点的能量最大化，其 步骤S06又包括以下步骤系统根据机组产生的能量和消耗功率计算能效比COP ；利用模糊控制技术调节水 泵的转速，使其系统的COP值最大。步骤S07 热能回收模块控制热水循环泵在机组制冷状态下回收余热生产生活热 水。虽然本发明以前述的较佳的实施例揭露如上，然其关非用以限定本发明如不脱离 本发明的精神和范围内，作些许的更动与润饰，这些更动与润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
一种多变流量地源热泵单元系统，其特征是包括至少一台地源循环水泵、一台热泵机组和空调循环水泵(或一台循环风机)，并集成于一个机组内，形成一个热泵单元系统。
2.一种地源热泵机组的多变流量器，其特征在于包括一个房间温度采集单元和多变 流量总控单元，所述房间温度采集单元，用于采集房间温度和输入的设定温度； 所述所述的多变流量总控单元，用于机组的变流量控制。
3.如权利要求书2所述的地源热泵机组控制器，其特征在于所述的房间温度采集单 元，用于采集房间温度和输入的设定温度，通过RS485通讯模块传递给多变流量总控单元 并传递给多变流量总单元中的中RS485通讯模块。
4.如权利要求书2所述的地源热泵机组控制器，其特征在于所述所述的多变流量总 控单元进一步包括，中心控制单元、RS485通讯模块、GPRS收发模块、冷量采集模块、热水 循环泵起停、电源供给及电流电压检测模块、热泵单元、地源水泵变频模块和空调水变频模 块；所述的中心控制单元，进一步包括，A/D模数转换模块、2个I/O输入输出模块、1个步 进驱动，主要用于控制RS485通讯模块、GPRS收发模块、冷量采集模块、热水循环泵起停、电 源供给及电流电压检测模块、热泵单元、地源水泵变频模块和空调水变频模块19 ；其中，所述的RS485通讯模块，用于接收温度采集单元中RS485通讯模块传递过来的房 间温度和设定温度，并传递给中心控制单元；所述的GPRS收发模块，用于从中心控制单元接收机组的运行信息并传递给上位机，所 述的与上位机的进行的信息通讯中，所述信息包括压缩机的运行参数和指令、地源水泵的 运行参数和指令以及空调水泵的运行参数和指令；所述的冷热采集模块，进一步包括空调进出水温度温度采集模块和流量采集模块，所 述的空调进出水采集模块进一步包括，置于空调进出水管路上的温度传感器，所述的流量 采集模块进一步包括流量传感器。所述的热水循环泵起停模块用于生产生活用水；电源供给及电流电压检测模块进一步包括电流检测和分析母线电流，根据所述母线电 流计算压缩机、地源水泵和空调水泵的电流，从而计算出电机的消耗功率；所述的热泵单元进一步包括压缩机变频模块和四通过阀和电子膨胀阀模块用于控制 压缩机的启动和变频；所述的地源水泵变频模块，进一步包括1台循水泵和1台变频器，用于地源水泵的变频；所述的空调水变频模块，进一步包括1台水泵和1台变频器，用于空调水泵的变频。
5.一种多变流量地源热泵机组的控制方法，其特征在于包括以下步骤A、房间温度控制器将温度设定值、开停等信息传递给DSP中心控制器；B、中心控制单元将机组运行参数通过GPRS传递给上位机；C、DSP依据房间制冷制热信息启动变频热泵单元、地源变频水泵和空调变频水泵；D、冷热量采集和电压电流采集模块采集相关数据为效能控制提供依据；E、热泵单元、水泵模块依据DSP控制要求控制压缩机和水泵转速；F、DPS通过效能计算对比改变参数调整水泵转速，让不同控制点的效能达到最大化；G、热能回收模块控制热水循水泵在机组制冷状态下回收生活热水。
6.如权利要求书5所述的多变流量地源热泵机组的控制方法，所述的步骤A进一步包 括以下步骤Al、房间温度控制器21设定温度值、开停等信息；A2、设定温度值、开停等信息传递给RS485通讯模块22 ；A3、RS485通讯模块22将设定温度值、开停等信息传递给RS485通讯模块12 ；A4、RS485通讯模块12将设定温度值、开停等信息传递给DSP中心控制器。
7.如权利要求书5所述的多变流量地源热泵机组的控制方法，所述的步骤B进一步包 括以下步骤Bi、热泵单元、地源循环水泵单元和空调循环水泵单元采集机组和循环水泵的运行参数；B2、运行参数传递到DSP控制单元 B3、通过GPRS上传给上位机。
8.如权利要求书5所述的多变流量地源热泵机组的控制方法，所述的步骤D进一步包 括以下步骤D1、冷热采集模块中的进出水采集模块采集空调进出水的温度，并计算出温度差ΔΤ ； D2、冷热采集模块中的流量采集模块采集空调管路中流体的单位流量M ； D3、根据采集到的数据，计算机组产生的能量 Q = CMAT (Q代表能量、C单位比热)；D4、电压电流采集模块解析机组的电流、地源水泵、空调水泵的电压电流，并计算出机 组消耗功率W= IV = I1V1+I2V2+I3V3，其中11、VI、12、V2、13、V3分别为压缩机组、地源 循环水泵和空调循环水泵的电压和电流。
9.如权利要求书6所述的多变流量地源热泵机组的控制方法，所述的步骤F进一步包 括以下步骤Fl、通过采集和计算所得Q和W，计算出机组效能COP值，COP = Q/w ； F2、DPS运用模糊控制技术，通过效能计算对比改变参数调整水泵转速，让不同控制点 的效能达到最大。
全文摘要
本发明公开了一种多变流量地源热泵机组单元系统，包括地源侧循环水泵，地源热泵机组和空调系统循环水泵，将其集成到一个机组内，形成一个地源热泵单元系统。本发明还公开了一种多变流量地源热泵机组单元系统控制器，包括一个房间温度采集单元和多变流量总控单元，用于控制系统单元中的地源循环水泵、热泵机组和空调循环消耗的协调变频。本发明还公开了一种多变流量地源热泵单元系统的控制方法，实现单元系统的效能最大化。
文档编号F24F5/00GK101922773SQ20091014788
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者徐白路, 徐雨轩, 杜喜良, 王建忠, 赵冰 申请人:唐山市地源热泵有限公司