地热—热泵供热系统的控制方案

　　3.4多参数、多工况判断切换不同的供暖工况

　　综合温度、时间、负荷参数的变化，进行不同供暖工况的切换，避免因单一参数的不稳定性，造成频繁的工况切换而使系统振荡。

　　3.5一次侧电动蝶阀的控制

　　为了在负荷降低时让上一级多余的地热水直接流入下一级，在地热板换的一次侧都设有旁通阀，见图3.2.1。在设计的初衷由三通阀来实现调节功能，但由于一次侧管径都为DN100到DN200的大管径，并考虑到工作压力、温度介质以及系统阻力平衡后，由两个两通的蝶阀配合使用来实现调节功能。因此为保证二次侧供水温度的稳定，需要根据供水温度与设定温度的偏差PID调节一次侧水阀B11V1的开度，同时应同步反方向调节B11V2的开度，以保证地热水总流量的稳定。但由于蝶阀的特性曲线并不是线性的，各厂家制造的蝶阀特性曲线也有较大的区别。通常来说阀板较薄的接近于百分比特性，阀板较厚的则接近直线特性。阀的开度L<60%的范围内接近等百分比特性，在L>60%的范围内，多表现为直线特性，甚至表现为快开特性。在调节过程中应根据B11V1的开度推算进入板换的流量，再计算出旁通B11V2应通过的流量，反推算出B11V2的阀门开度，从而保证总的流量的稳定。

　　3.6预测控制

　　图3.6 北京某小区日平均热负荷与室外日平均温度曲线

　　传统的控制思路以室外温度为函数的供水温度控制。供热系统日平均热负荷与室外日平均温度对应关系如图3.6所示。计算机自动检测室外温度后，叠加进相应的供热调节回路中，根据室外温度变化，自动调节供热负荷。

　　为了进一步降低运行成本，可以引入预测机制。首先根据天气预报资料预测未来24小时系统所需热负荷，利用该数值对系统未来24小时的运行工况进行预估，在保证满足供热需求和室内舒适度的前提下，综合考虑低谷电价时段、停电时段、设备运行效率等因素，进行优化计算，调整温度设定值，尽量在低谷电价时段输出热量。优化计算时，有两种方案，一种只考虑系统稳态特性和室外平均温度预测值;另一种是在设备高效运行前提下，利用预测的室外温度瞬态值和系统动态热特性数学模型采用最小二乘法寻优使所需热量得到最优化分配。

　　3.7分季节控制生活热水系统

　　夏季，由于没有供热，地热水仅用于生活洗浴，打开相应阀门，地热原水可直接通过增压泵进入水处理设备，然后进入生活热水箱。若水箱出水温偏高，则加入自来水，使生活用水温度保持在65℃左右。根据供水温度与设定值的差，开闭自来水电磁阀，控制水箱温度。

　　冬季，由于供热负荷的需求分阶段不同，因此生活用水可以实施不同的方案。严寒阶段供热需求大，为尽可能满足供暖的需求，此时地热原水尽可能用于供暖，若地热尾水温度较低，说明供暖系统实际需求较大，地热原水不能再过多的承担生活用水，此时生活用水采用一部分地热尾水经增压泵进入水处理设备，通过控制辅助加热板换一次侧阀门的开度将水温控制到65℃后，进入生活热水箱。

　　一般寒冷阶段供热需求相对严寒阶段较少，地热尾水温度高于设定值，除满足供暖的需求外，还可部分满足生活用水，此时尽可能多的利用地热原水提供生活用水。生活用水一部分采用地热原水，一部分采用地热尾水，混合后经增压泵进入水处理设备，再经辅助加热板换控制到设定温度后，进入生活热水箱。

　　过渡季节，由于没有供热，生活热水同夏季。当有短时寒流袭来时，如生活用水温度达不到要求时，可启用高温辅助板换进行补充，使生活用水温度保持在65℃左右。

　　若经过梯级利用后地热水的尾水温度仍大于合理排放的温度时，说明系统所需热负荷很小，应调整井泵变频，减小地热水水量，科学合理地使用地热资源。

　　3.8地热井监控数据远程传送

　　3口地热井距离中央监控室很远，距离约500m，其余2口井各自距离约1500m，设在地热井的监控数据要传输到中央监控系统，无论使用常规的双绞线还是无线通讯方式进行数据传输，需要在通讯网络中增加很多通讯中继器，安装敷设或是维护都比较困难。将地热井监控数据可靠、稳定的传输到中央监控计算机，关系到管理人员对整个系统的实时控制。可考虑选用光纤作为通讯电缆，光纤作为通讯介质具有传输距离远(>1500m)、数据传输稳定、快速等优点。

　　4.结论

　　4.1 根据系统工艺设备配置和负荷需求，划分多个工况，最大限度的梯级利用地热资源，尽量节约辅助加热系统能量。同时合理分配系统水量，保证生活用水。

　　4.2 工况切换时，采用多参数判定，保证系统稳定性。

　　4.3 引入预测机制，采用多种调节方式，对多种热源、换热设备等进行资源总体优化控制，最大限度降低运行成本。

　　4.4 针对自控系统监控对象相对分散的情况，采用分布式控制系统和可靠的通讯传输介质保证系统稳定。