《制冷装置自动化课程设计计算说明书-土壤源热泵空调制冷剂回路控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制冷装置自动化课程设计计算说明书-土壤源热泵空调制冷剂回路控制系统设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I学 号： 课 程 设 计题 目 土壤源热泵空调制冷剂回路控制系统设计教 学 院 机电工程学院专 业班 级姓 名指导教师II2016 年 6 月 5 日III前言通过本次设计消化和巩固学习的本专业全部理论知识和实际知识，并将它应用到工程实践中去解决工程的实际问题，熟悉有关的技术法规内容，培养施工设计的思维能力和制图技巧及对工程技术的认真态度。通过此次设计要求掌握设计原理、程序和内容，熟练设计计算方法和步骤。本文首先通过对土壤源热泵（土壤水）机组工作原理的分析，根据土壤源热泵机组各部件运行特点，提出了对小型土壤源热热水器的整体控制方案,并接合当代高速发展的微电子技术，考虑控制器的经济性、稳定性、
2、可靠性，采用单片机嵌入式系统设计开发了针对土壤源热泵机组的控制系统。通过该控制系统可以实现热泵机组的自动运行，空调房间温度的自动控制和机组各部件的运行保护。该控制系统可以通过串口与计算机连接，实时显示各检测点数据。然后结合当前小型土壤源热泵的应用特点，设计开发了附加的远程控制系统，可以通过用户电话线实现远程控制。能源和环境问题是当今世界各国面临的重大问题，清洁可再生能源的利用问题更成为我们面临的重要课题。热泵正好以其节能、清洁无污染而受到了人们的重视，从而在近些年得到了迅猛的发展。土壤源热泵是一种利用浅层地热资源向建筑物供热、空调的装置。这种技术以其节能效果明显、符合环保要求等特点引起了世界各
3、国的重视，同时也符合社会大众在生活水平提高后追求个体生活与环境和谐并存的要求。 通过热泵技术，可以达到节能和提高能量使用效果的目的。 但是，这又依赖于热泵机组的稳定、安全、可靠、高效的运行。除了机组本身合理的设计之外，对热泵机组的各部件以及整机运行的控制和保护是保证热泵机组稳定、安全、可靠、高效运行必不可少的条件。 IV1目录前言 .II1.土壤源热泵概况 .21.1 土壤源热泵的定义 .21.2 土壤源热泵的技术特点 .21.3 热泵空调装置自动控制系统的特点 .31.4 土壤源热泵应用的控制器现状 .32.土壤源热泵机组及其控制原理 .42.1 土壤源热泵机组工作原理 .42.2 热泵系统
4、工作原理 .53.地源热泵空调机组的自动控制 .63.1 热泵装置的自动控制内容 .63.2 热泵装置的自控目标 .63.3 热泵装置的控制方式 .63.4 空调房间系统的自动调节 .74.热泵机组内部制冷剂回路装置的控制 .84.1 压缩机控制 .84.1.1 压缩机的能量调节 .94.1.2 压缩机的保护控制 .94.2 四通阀控制 .104.3 流量调节 .1124.4 温度控制 .114.5 压力控制 .124.6 压力保护 .125 总结 .13参考文献 .14附录 .141.土壤源热泵概况1.1 土壤源热泵的定义热泵是一种从低温热源汲取热量，使其在较高的温度下作为可以利用的有用热能
5、的装置。土壤源热泵是一种利用地下浅层低温地热资源(常温土壤或地下水)的既可供热又可制冷的高效节能热泵系统。1.2 土壤源热泵的技术特点土壤源热泵利用地下土壤吸热和排热，研究表明：在地下 5m 以下的土壤温度基本上不随外界环境变化而改变，且约等于当地年平均气温，可以分别在冬、夏两季提供较高的蒸发温度较低的冷凝温度；因此，土壤是一种比空气更理想的热泵热（冷）源，与空气源热泵相比，土壤源热泵主要有以下技术优势。1可实现区域控制，便于物业管理。32环保无污染 土壤源热泵利用地下土壤作为冷热源，既没有燃烧、排烟，也没有空气源热泵的噪音和热污染，同时，也不需要堆放燃料和废弃物的场所。3符合可持续发展的要求
6、 土壤源热泵是利用地下土壤能源资源作为热泵低品位能源进行能源转换的供暖、空调装置。4一机多用、用途广泛、使用寿命长 该热泵机组既可供暖，亦可空调，同时还能提供生活用热水，一机多用。此外，机组寿命长，平均可运行 20 年以上。 5结构紧凑，节省机房面积 不需大型冷冻机房和锅炉房，不需冷却塔，不影响建筑美观。小规格机组形式多样，可直接安装在室内，与室内装修融为一体。6节能效果显著、机组性能系数高、维修费用低 地下土壤温度一年四季相对稳定（约为 1 22 0），冬季比外界环境空气温度高，夏季比环境温度低，运行效率高，节省运行费用。运行稳定、可靠。1.3 热泵空调装置自动控制系统的特点 热泵空调装置是
7、为完成某种工艺介质的温度、湿度等一系列要求的机器或设备。他包括两大部分，一是完成冷媒循环的制冷、制热工艺系统，一是实现装置的安全稳定运行的自动控制系统。充分认识空调装置自动控制系统的特点，是自动实现制冷、制热工艺系统热工参数调节和控制，以及装置正常工作的保证。 1控制对象的特性 制冷空调系统自动控制的主要任务是维持空调房间一定的温度、湿度，控制效果很大程度上取决于空调系统本身，而不是自控部分，所以，了解空调对象的特性，是很关键的一个方面。控制器主要特性参数包括放大系数 K，时间常数 T 和纯时延时间 。 2干扰多 空调系统的干扰分为外扰和内扰，外扰主要是送风及围护结构4传热的扰动，内扰就是指房
8、间内电器、照明散热、工艺设备起停以及室内外物品流动等变化对室内温、湿度产生的影响。3温度与湿度的相关性和空调系统的整体控制性 制冷空调系统中主要是对温度和相对湿度进行控制，这两个参数常常是在一个控制对象里同时进行调节的两个被调量，两个参数在控制过程中相互影响。如房间温度升高时，在含湿量不变的情况下，则相对湿度下降，因此在自控中要充分考虑到温、湿度的相关性。空调自控系统是以空调房间的温、湿度控制为中心，通过工况转换与空气处理过程，每个环节紧密联系在一起的整体控制系统，任意环节有问题，都将影响空调房间的温、湿度控制，甚至整个系统无法工作等。 1.4 土壤源热泵应用的控制器现状目前，由于土壤源热泵机
9、组在我国应用的还不广泛，所以，专门针对土壤源热泵机组的控制器还不多。为了保证机组的稳定、可靠运行，一般是采用用于制冷空调中的通用可编程控制器。由于这种控制器是针对制冷空调设备的，故其与热泵机组不一定能达到很好的匹配。输入、输出控制端也不尽相同，且由于其设计的通用性，也带来了价格昂贵，操作复杂等缺点，这些均不利于热泵，特别是小型、户型热泵的推广。 2.土壤源热泵机组及其控制原理2.1 土壤源热泵机组工作原理土壤源热泵（GSHP）是一种利用地下浅层地热资源的既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。土壤源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），即可实现热量从低温热源向高温热源的转移，地热能资源分别
10、在夏季和冬季作为高温热源和低温热源。在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后供给室内采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到地层中去，并且常年能保证地下温度的均衡。 5土壤源热泵系统：图 2-1 土壤源热泵工作原理示意图注：详图见附录附图 1地源热泵机组在工作时与传统的热泵循环一样，它本身消耗一部分电能，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。地源热泵装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等部分组成，通过让工质(制冷剂)不断完成蒸发、压缩?、冷凝?、节流?、再蒸发的热力循环过程，实现冷、热量转移以达到制
11、冷、制热的功效。62.2 热泵系统工作原理压缩式热泵空调机组主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和四通换向阀组成。压缩机是系统的心脏，用来压缩和输送循环工质从低压处入到高温高压处出;月彭胀阀对工质起到节流降压作用，并能调节循环工质的流量;蒸发器是输出冷量的设备，它使来自膨胀阀节流降压的循环工质在其中蒸发并吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的;冷凝器是热量输出设备，它将工质从蒸发器吸收的热量以及压缩机做功所转换的热量传递给冷却介质，以达到制热的目的插热泵系统工作原理图7图 2-1 土壤源热泵系统原理图注：详细见附录附图 2 土壤源热泵系统原理图3.地源热泵空调机组的自动控制3.1 热泵装置的自动
12、控制内容一般来说，热泵装置自动化包括一下内容:1 对其工艺参数(如压力、温度、湿度、流量等)的自动检测。参数检测是实现控制的依据。2 对工艺参数进行自动调节，使之恒定或者按一定规律变化。对一台自动操作的热泵装置，首先期望的是维持被控对象的温度恒定在一定范围。对被控对象(如房间)来说，热泵本身就是就是这个大自控系统的一部分。3 对热泵机组的自动控制，根据规定的操作程序，对机器、设备执行一定的顺序控制或程序控制。如压缩机、四通阀、水泵等的启动于停止。4 自动保护。在机组工作异常，某些参数达到警戒值时，应使设备停机或执行保护性操作，并发出声、光报警信号。3.2 热泵装置的自控目标通过对热泵机组的自动控制，实现对被控对象参数的自动调节以及机组各主8要部件的保护，以使其达到安全性、高效性、经济性、舒适性要求。3.3 热泵装置的控制方式针对热泵机组组成系统的主要部件(压缩机、蒸发器等)，以经典控制理论为基础，将它们逐个作为小对象进行有关参数的调节，构成单回路的并联控制系统。目前的热泵控制应用中，控制件多为机械式的双位调节或比
