地源热泵远程监控系统及数据处理与分析

    对地源热泵系统的运行状况进行连续一年以上的监测和数据分析处理,以评价其综合经济指标.文章介绍了地源热泵系统的工艺流程,阐述了地源热泵远程监测系统的设计方案,重点研究了系统综合经济指标学模型的建立和数据处理分析方法.基于NET平台进行了程序设计,实现对系统综合经济指标的计算.较长时间的监测和分析表明,系统数据处理方法能够准确地处理和分析原始数据,为地源热泵与建筑集成的示范提供有效、可靠的依据.

 

    Abstract： The economic indicator evaluation has been carried out on a ground source heat pumpsystem after over one year of remote monitoring and data processing and analysis on the consecu-tive system operation. The technological process of the ground source heat pump system has beenintroduced; meanwhile, the design scheme of the remote monitoring system has been described.

 

    The mathematic model for the comprehensive economic index of the system and the method forprocessing and analyzing the data are the main part of the paper. Based on NET platform, the pro-gram design has been carried out for calculating the comprehensive economic indicator. The longtime monitoring and analysis show that the data processing method could accurately process andanalyze the original data, and the method could provide valid and reliable basis for the demonstra-tion of the combination of ground source heat pump and building.

 

    Key words：  ground source heat pump; remote monitoring; mathematic model; data processing andanalysis; economic indicator evaluation

 

    近年来,地源热泵技术发展迅速,已形成了产业化规模,但是地源热泵与建筑系统的集成还存在许多问题.目前,很少有人对建筑的地源热泵系统进行连续一年以上的运行状况监测,更缺少对系统综合经济指标的评价,因此很难得到在相同地方、不同季节、不同气候条件的地源热泵系统,连续一年制热/制冷工况的系统能效比、热水工况系统能效比、室内外环境的温、湿度和全年土壤热平衡等综合经济评价。然而，这些综合经济评价指标，对于可再生能源规模化应用示范是非常重要的.

 

    1地源热泵系统工艺流程及监测系统地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。冬季，地能是热泵供暖的热源；夏季，地能是热泵空调的冷源。冬季，地源热泵系统把地下热量取出来，提高温度后供给室内采暖；夏季把室内的热量取出来释放到地下。

 

    热泵机组的能量流动：利用所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能和吸收的热能）一起排输至高温热源。热泵机组所耗能量使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，而吸收低温热源中的热能。

 

    地源热泵子监测系统主要是由地源热泵抽水系统、热泵机组、地源侧/用户侧循环管道、循环水泵、空调水泵、集水器/分水器和控制系统、变送器、数据采集仪器等辅助设施组成。监测仪表主要包括流量变送器、温度变送器、湿度变送器、电能表等。测试参数为用户端出、回水温度T2，T1；水流量M；地源热泵机组耗电量Qp1；地源侧循环泵耗电量Qp2；用户侧空调泵耗电量Qp3。

 

    2地源热泵远程监测系统方案设计地源热泵远程监测系统主要由若干个分布在不同地域、不同气候地区的地源热泵监测子系统组成。各监测子系统采集原始数据并通过GPRS模块发送至INTERNET，或采用OPC服务器、Modbus协议、FTP等方式通过INTERNET上传。总数据中心通过INTERNET将获取原始数据，并存入SQL数据库，通过数据处理中心进行实时数据的处理。

 

    3技术经济评价指标的数学模型地源热泵系统的主要技术经济评价指标：制热/制冷工况系统能效比、热水工况系统能效比、室内外环境温、湿度和全年土壤热平衡。本文基于制热/制冷工况系统能效比、热水工况系统能效比等经济评价指标建立数学模型，并进行处理分析。该数学模型所用的各种参数：系统输出热量Qb、地源热泵机组耗电量Qp1、地源侧循环泵耗电量Qp2、用户侧空调泵耗电量Qp3、用户端出、回水温差ΔT和水流量M。

 

    ①制热/制冷工况系统能效比制热/制冷工况系统能效比（COP系统）是指在特定的冬季或者夏季工况下，系统的制热/制冷量与制热/制冷消耗电量之比：

 

    cop=Qp1+Qp2+Qp3式中：系统输出热量Qb=CMΔT，C为水的比热容。

 

    ②热水工况系统能效比热水工况系统能效（COP热水)是指在特定工况下，制热水系统的制热量与制热水消耗电量之比：

 

    cop=Qp1+Qp24数据处理通过INTERNET网络实时接收地源热泵监测系统原始数据，存入本地SQL数据库；基于NET平台进行程序设计；剔除异常数据，对原始1号热泵机组每日的耗电量；Q″-Q″为2号热数据进行处理分析；将处理分析后的结果，形成泵机组每日的耗电量。A2A1新的文件存入本地SQL数据库。程序运行期地源侧循环泵每日耗电量Qp2间不断读取数据库的原始数据，以每天、每周、Q=Q′-Q′