地源热泵能耗监测系统的研发

收 稿 日期 ：０ ９１ －８ 修 订 日期 ：０ ００ —３ ２０ －２ ； ０ ２ １ － １ ４
基金项 目： 国家 “ 十一五” 科技支撑计划课题项 目（０ ６ Ａ Ｏ Ａ ６ １１ ； ２０ Ｂ Ｊ １ ０ －－） 广西区科技厅科技成果转化与应 用项 目（ 桂
科转 ０ １０ ４１ ） 南 宁市企业信息化资助项 目（０ ８ １３ ８ ５０ －－ ； ６ ２ ０ ０２ ） 通讯联 系人 ： 蒙艳玫 （９ ３ ） 女 ， １６ 一 ， 广西南宁人 ， 西大学教授 ， 广 博士 ； — ａ ：ｘ＿ ｎｙｎ １３ ｃｍ。 Ｅｍ ｉ ｇｕ ｍｅｇｕ＠ ６ ．ｏ ｌ
系 统主要采 集参 数为 ： 地下埋 管 进 回水 温度 和 、 流量 Ｑ 根 据这 三个 参数 即可求 得地 下埋 管换 热器 （ 单 位时 间内获 得的热 量 ）热 泵机 组耗 电量 和循 环水泵 耗 电量 。 ，
１ ２ 设计 要求 ．
构建 的地源 热泵 能耗 监 测 系 统 能 实 时 自动监 测 地 源 热 泵 系统 的运 行 状 态 ， 设 定 数 据采 集 周 期 可
ｓｇ ｄ．Ｔｈ ｅ ｔｎ ｅ ｕ ｔｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅｓ ｓｅ ｉ ｔ ｂ ｅｏ ｕ ｎ ｎ ｉｎｅ ｅ ｔｓｉ ｇ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｓｔ ａ ｈ ｙ ｔ ｍ ｓｓａ ｌ ｎ ｒ ｎ ｉ ｇ，ａ ｄ ｅ ｓ ｏ ｏ ｒ ｔ ．Ｃｏ ａ ｅ ｎ ａ ｙｔ ｐｅａ ｅ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ａ ＶＩ ｔ Ｌ ｂ ＥＷ ，ｔ ｉ ｏ ｇ ｒ ｔｏ ｏｔ ｒ ｓｍｏ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔａ ｄ ｒ ｐ ｄ ｔ ｅ ｅ ｏ ｎｉ ｒｎ ｙ — ｈ ｈ ｓｃ ｎ ｕ ａｉ ｎ ｓ ｆｗａ ｅ ｉ ｒ ｏ ｖ ｎｉｎ ｎ ａ ｉ ｏ ｄ ｖ ｌｐ ａ ｍｏ ｔｉ ｇ ｓ ｓ ｉ ｆ ｏ ｔ ｎ ｔ ｈ ａ ｕｎ ｔｏ ｅ ｗｉ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｆ ｃｉｎ． ｈ
第３ ５卷 第 ２期 ２１ ０ ０年 ４月 文章编号 ：０ １７４ （０ ０ ０ － ７ －５ １０ －４ ５ ２ １ ） ２０ ７０ ２
广西大学学报 ： 自然科学版
Ｊ ｕｎ ｌｏ ａ ｇｉＵｎｖ ｒｉ Ｎａ ｃ ｄ ｏ ｒａ ｆＧｕ ｎ ｘ ｉｅｓｔ ｙ： ｔＳ ｉＥ
Ｖ０ ． １３５ Ｎｏ． ２
耗监 测系 统 的 主 要 目的是 实 时 获 取其 运 行 性 能
参数值 （ ｏ ）根据公式 ： ｃｐ ，
ｒｎ ｐ 一
垫 堡皇僮 间凼 堡 垫量ｉ
图 １ 地 源 热 泵原 理 图
Ｆ ｇ １ Ｐ ｉ ｉ ｌ ｈ ｒ ｆ ＿ｕ ｄ—ｓ ｕ ｃ ｅ ｔｐ ｍｐ ｉ ． ｒｎｃｐ ｅ ｃ ａ ｔｏ ｏ ｎ ｏ ｒ ｅｈ ａ ｕ
① 根据地源热泵系统 的实际情况 ， 温度和流量 的测量可作
为一个 整体 考虑 ， 用非 接 触 式超 声 波 流 量 计 即可测 量 温 度 选 和 、 流量 Ｑ， 支持 Ｍ ｄｕ 工控 通用协 议 。 ｏｂｓ
② 电量测量采用三相智能电量模块 ， 外接电流互感器即可 实 现 测 量 功 能 ，支 持 １ 分析地源热泵系统原理 ＋ Ｍｏ ｂ ｓ ｄ ｕ 开放性 协议 。 Ｉ 收集Ｉ 点的 ／ ｏ 参数并填写表榨 ③ 通 讯 网关 选 择 带 智能仪 表 智能仪表 智能仪表 ｌ 定义 Ｉ ／ Ｏ设备 ｌ Ｍｏ ｂ ｓＴ Ｐ转 换 协 议 的 ｄ ｕ／ Ｃ 图 ２ 系统 结 构 图 ● 设 备 ， 系 统 为小 型 系统 ， 本 Ｉ 旧点标识并填写表格ｌ 收集 ｇ ２ Ｃｏ ｏ ｒ ｏ ｈ ｒ ｆｓ ｓｅ ． ｌ ． ｎ ｃ ａ ｏ ｙ ｔ ｍ ｔ ■ 因此 ， 略 协 议 转 换 设 备 忽 Ｉ绘 制 、 置 回 皿 结 构 棚 ＩＪ 草 设 璺皿 的存储 功 能 ， 样 可 释 放 大 量 成 本 空 间 。针 对 该 系 统 的 具 体 情 这 ＋ ｌ建立实时数据库 Ｉ 况， 选取普 通 Ｐ Ｃ机 即可 充 当系统 服务器 。
Ａｉ ． ０ ０ ｒ ２ １ ，
地 源 热 泵 能 耗 监 测 系统 的 研 发
陈超林 ， 蒙艳玫 ， 海锋 ， 庞 胡映宁 ， 黄清 宝
（ 广西大学 机械工程学 院 ， 广西 南 宁 ５ ００ ） ３０ ４
摘要 ： 利用 三维力控组态软件开发 了一套远程能耗监测 系统 ， 地源热泵进行 实时监测 。针对地 源热泵系统 对 的运行工况 ， 进行 了硬件架构及软件平 台的设计 。运行结果表明 ， 该系统运行稳定 ， 操作方便 。应用组态软件
ｌ 组态界面 Ｉ
２ ２ 软件设 计 ．
Ｉ 系统总体调试 ｆ
否
上位 机软件 选 用 北 京 三 维 力 控组 态 软 件 开 发 能 耗监 测 系统
数据 采 集平 台 ， 三维 力 控 是 国 内组 态 软 件 品牌 的后起 之 秀 ， 件 软
构架是 国际上最先 进 的数据 库 、 面 、 界 数据 采 集 三者 分 离 的结 构 ，
比应 用 Ｌｂ ＩＷ 开发相 同功能的监测系统更方便 、 ａＶＥ 快速 。 关键词 ： 地源热泵 ； 能耗监测 ； ｄ ｕ Ｍｏｂ ｓ 中图分类号 ： Ｐ ７ Ｔ２４ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｅ ｐｍ ｅ ｆ ａ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｕ ｐｔｏ ｏ ｔ ｒ ｎ ｖｌ ｎｔｏ ｎ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｍ ｉ ｎ ｍ ｎｉｏ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｏ ｒ ｕｎ ｓ ｕｒ ｅ ｈｅ ｔｐｕ ｐ ｙ ｔ ｍ ｆ ｒ ｇ ｏ ｄ— ｏ ｃ ａ ｍ
ｉ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｖａ ｔ ｅ ｓ ｎ ａ ｏ ｃ ｏ ｔ ｌｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ｓ ｆ ｒ ． Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｇ ｏ ｎ — ｏ ｒ ｅ ｓ ｅ ｅｏ ｅ ｉ ｈ ｕ ｗ ｙ Ｆ ｒ ｅ Ｃ ｎ ｒ ｏ ｆ ｕ ａｉ ｏ ｔ ｅ ｏ ｉ ｏ ｗａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｒ ｕ ｄ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｕ ｙ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｈ ａ ｄ ｒ ｃ ｉ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｆ ａ ｅ ｐ ａ ｏｍ ｒ ｅ ｅ ｔ ｍｐ ｓ ｓｅ ｏ ｅ ａｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ，ｔ ｅ ｈ ｒ ｗａｅ ａ ｈ ｔ ｔ ｒ ｎ ｈ ｏ ｗ ｌｔ ｒ ａ ｅ ｄ — ｐ ｎ ｉ ｒ ｅ ｔ ｒ ｆ
Ｃ Ｎ Ｃ ａ—ｎ ＭＥ ＧＹ ｎｍ ｉ Ｐ Ｎ ａ— ｎ ， Ｕ Ｙｎ—ｉｇ ＨＵ Ｎ ｉｇｂｏ ＨＥ ｈｏｌ ， Ｎ ａ — ｅ， Ａ ＧＨ ｉｅｇ Ｈ ｉｇｎｎ ， Ａ Ｇ Ｑｎ—ａ ｉ ｆ
（ ｏ ｅｅｏ ｃａｉ ｎａｅｒ ｇ Ｇ ａｇｉ ｎｖｒ ｔ，Ｎ ｎ ｉｇ ３０ ４ Ｃ ｉａ Ｃ Ｕｇ ｆ ｈ ｎｃ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｕｎｘ Ｕ ｅｓｙ ａｎｎ ０ ０ ， ｈ ） Ｍｅ ｌ ａ ｎ ｉ ｉ ５ ｎ
一 机组 耗 电量 （ Ｗ ・ ｋ ｈ转换 为 Ｊ ’ ）
可 求得 机组 能效 比 Ｃ Ｐ ； Ｏ 上述 公式稍 作调 整 ， ｃ 。 机组 ｕＰ ＝ ｕ Ｄ 一（ ｋ ｈ Ｗ ， 即可求 得 系统 的能效 比 ｃ Ｐ … 。因此 ， Ｄ 监测 ＋ 环水 泵 ） 电量 （ ・ 转 换为 Ｊ 循 耗 ） １ 矾 Ｈ从 ｕ Ｉ 。 、 匕 ｕ２ ’ 皿
Ｋｅ ｒ ｓ ｒｏ ｎ —ｏ ｒｅｈ ａ ｕ ｙｗｏ ｄ ：ｇ ｕ ｄ ｓｕｃ ｅ ｔ ｍｐ；ｅ ｅｇ ｏ ｓ ｍｐｉｎ ｍｏ ｉ ｒｎ ；Ｍｏ ｂ ｓ ｐ ｎ ｒｙｃ ｎｕ ｔ ｎｔｉ ｇ ｏ ｏ ｄ ｕ
地 源热泵 系统 是一 种利用 地下 浅层 地能 的既 可供热 又可 制冷 的高效 节 能系统 。地 源热泵 系统 的能 量来源于 自 然能源 ， 它不 向外界排放任何废气 、 废水 、 废渣 ， 是一种理想 的“ 绿色空调” 被认为是 目 ， 前可 使用 的对 环境最 友好 和最 有 效 的 供 热制 冷 系 统 。一 般 来 说 ， 源热 泵 热 水 系统 的性 能 系数 Ｃ Ｐ约 为 地 Ｏ ４ 也 就是说 ， 消耗 电量 １ Ｗ ・ ， 当于获 得 ４ｋ ・ ， 每 ｋ ｈ相 Ｗ ｈ电量用 于加热 生活 用水 。可见 ， 当前 国家 在 实施 节能减 排 的形势 下 ， 用该 技术具 有重 要现 实 意义 。 因此 ， 采 为大 规 模推 广 利 用地 源 热 泵技 术 ， 必 有 要构 建地源 热泵 能耗 监测 系统 ， 系统 能 自动监 测地 源热泵 的运 行情 况 、 耗及 能效 比（ Ｏ 等指标 。 该 能 Ｃ Ｐ） 该类型的能耗监测系统的构建方式有多种 ， 本系统采用方案与它们 的不 同之处在于选用的传感 器是智 能仪 表 （ 出数 字信号 ）上 位机 系统 用组态 软件 进行 二次 开 发 ， 输 ， 实现 相 同功 能 的前 提下 ， 用组 采 态 软件 开发 系统 的成本 比用 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 低 。 ａＶＥ
系 统开发 的 主要步骤 ：
① 定义 ＬＯ设备 ， ／ 根据所选用的 Ｉ０设备 的厂家、 ＼ 型号、 通
讯方式 及 协议进 行设 置 。
第 ２期
陈超林等 ： 地源热泵能耗监测系统的研发
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② 建立实时数据库 ， 根据系统实际情况及 ＩＯ设备的 Ｉ ／ Ｄ和寄存器地址 ， 进行参数点 的数据组态 ， 建立数 据 连接 ， 存历 史数 据 。 保 ③ 进行动画连接 ， 将界面对象和实时数据库变量建立连接关系 ， 规定动画的属性和幅度 。图 ４是 机组动 态仿 真界 面 。 ④ 网络发布 ， 使用力控的 Ｗｅ 发布也是最简单 易用 的 ｗｅ 发布方式 ， ｂ ｂ 力控 Ｗｅ 服务器启动和停 ｂ 止都 由力 控 的进 程 管理来 管理 控 制 ， 需要 用 户 做 额 外设 置 。设 置成 功 后 ， 在 公 网 上访 问该 运 行 系 不 可
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｆｏ ｅ ｌｔｍｅ ｍｏ ｉ ｒｎ ｈ ｒ ｕｎ — ｏ ｒ ｅ ｈ ａ ｕ ｔａ ｔ ｒｒ ａ —ｉ ｎｔ ｉ ｇ ｔ ｅ ｇ ｏ ｄ ｓ ｕ ｃ ｅ ｔｐ ｍｐ，ａ ｒ ｍｏｅ ｐ ｗｅ ｎｉ ｒｎ ｙ ｔｍ ｏ ｅ ｔ ｏ ｒｍｏ ｔ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｏ
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广西大学学报 ： 自然科学版
第３ ５卷
１ 监测 系统设计原理与要求
１ １ 设计原 理 ．
图 １ 地源 热泵 土 壤 源原 理 示 意 图 ， 用 热 是 利 泵机 组和 Ｕ型地下 埋管 换热 器 ， 地源 热 泵 系统 把 土壤 作为热 源或 热 汇 ， 实现 能 量 的转 移 。构 建 能
＜
Ｉ
正确否
是
真正实现了多进程处理开发 ， ３ 图 是本系统应用组态软件进行开
发 的流 程 图 Ｊ 。
运Leabharlann Baidu ｆ
图 ３ 组 态 软 件 开发 流 程 图
Ｆ ｇ ３ Ｃｏ ｆｇ ｒ ｔ ｎ ｏ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ． ｎ ｕ ａ ｉ ｆｆ ｗ ｈ ｒ ｉ ｏ ｌ ｉ ｏ ｔ ｒ ｅ ｉ ｎ ｎ ｓ ｆｗａ ｅ ｄ ｓｇ
统。
机 组 动 态
实 时数 据
历 史趋 势
（ 少间 隔 ５ｒｎ ， 至 ｉ） 自动 输 出图表 ， 可通 过 Ｂ Ｓ浏览 器 服务器 模式 ， 公 网登 录该 系统查询 数据信 息 。 ａ 并 ／ 从
２ 监 测 系统 架 构
２ １ 硬 件 结构 ．
系统测 量参 数 为 温度 和 、 量 Ｑ、 流 机组 耗 电量 和水
泵耗 电量 。图 ２为地 源热 泵能耗 监测 系统结 构 图。