1、 本 科 生 毕 业 设 计毕 业 设 计 题 目 广东外语外贸大学体育场馆 地源热泵控制系统研究 学 生 姓 名 所 在 学 院 专 业 及 班 级 指 导 教 师 完 成 日 期 2012 年 5 月 18 日 摘 要地源热泵中央空调是一种先进、高效、节能、环保的空调系统，是对可再生的地热能资源的一种运用。面对当前日益严重的环境问题和能源紧缺危机，合理高效的利用地热资源是解决环境和能源问题的有效途径之一。本文系统地介绍了地源热泵的分类、工作原理和设计要求，从地源热泵的机理、特点和技术可行性入手，紧密结合广东外语外贸大学体育场馆地源热泵项目，对垂直地埋管式地源热泵复杂的热响应实验及施工工序进
2、行了全面细致的分析。本文结合垂直埋管式地源热泵的具体工程实例，提出了地源热泵经济性、节能性的评价指标和分析原则，通过与其他形式的供暖(冷)系统的对比，进行了具体的方案设计、经济性和节能性的分析，提出了最终的优化方案。本文根据地源热泵空调现有控制技术要求，对空调变流量控制系统进行了研究，通过采用神经网络控制技术，设计了一种基于神经网络控制系统的地源热泵空调控制系统。该系统结合了专家实践经验及控制规则，它不依赖于精确的数学模型，控制性能好，动态适应性强。本系统通过实际系统测试，该系统具有实时测试、控制温度，稳定性好、操作简单等优点，可广泛应用于大型地源热泵空调系统实现自动控制，达到节能的目的。关键
3、字：地源热泵、中央空调、神经网络、pid控制扬州大学本科生毕业设计3ABSTRACTGround source heat pump central air conditioning is a kind of advanced, high efficiency, energy saving, environmental protection air conditioning system, is a renewable energy resource of a use. In the face of the increasingly serious environment problem and
4、 energy shortage crisis, reasonable and efficient utilization of geothermal resources is to solve the problems of environment and energy is one of the effective ways.This paper introduces the classification of the ground source heat pump, the working principle and design requirements, from the groun
5、d source heat pump mechanism, characteristics and technical feasibility proceed with, combine Guangdong University of Foreign Studies gymnasium ground-source heat pump project, on the vertical buried tube ground-source heat pump complex heat response experiment and the construction process for a com
6、prehensive and detailed analysis.This paper combines the vertical borehole ground-source heat pump application in the office building of the specific examples of projects, ground-source heat pump is put forward economic, energy efficiency evaluation index and the principle of analysis, through compa
7、rison with other forms of heating system comparison, has carried on the concrete design, economic and energy saving analysis, put forward finally optimization scheme.Based on the ground-source heat pump air conditioning available control technology requirements, the variable flow control system was
8、studied, by using the neural network control technology, based on the design of a neural network control system for ground source heat pump air conditioning control system. The system combines the expert experience and control rules, it does not depend on the accurate mathematical model, good contro
9、l performance, dynamic adaptability.The system has automatic inspection and control, automatic display, automatic data processing and automatic information transmission function. Through the actual system test, the system has real-time measurement, control of temperature, good stability, simple oper
10、ation and other advantages, can be widely applied to large ground source heat pump air conditioning system to realize the automatic control, to achieve the purpose of energy saving.扬州大学本科生毕业设计5Key words: Ground source heat pump、central air-conditioning、neural network 、pid control 扬州大学本科生毕业设计I目 录1 绪论
11、 .11.1 选题背景及研究意义 .11.2 研究意义 .31.3 主要研究内容 .41.4 论文结构 .42 地源热泵中央空调的工作原理和神经网络控制技术 .52.1 中央空调简介 .52.2 地源热泵中央空调 .62.3 神经网络控制 .93 地源热泵中央空调的神经网络控制 .113.1 工程概况 .113.2 DDC 控制系统 .123.3 神经网络控制的设计 .133.4 中央空调的设计规范 .164 地源热泵的对比选择 .194.1 地源热泵的类型选择 .194.2 地源热泵中央空调控制方案的选择 .195 地源热泵空调的仿真模拟 .235.1 神经网络 PID 控制器 .235.2
12、 建立 VAV 空调房间模型 .235.3 机房 PID 控制 .26扬州大学本科生毕业设计II6 设计过程与步骤 .296.1 广州本地设计参数 .296.2 工程计算负荷 .296.3 地源热泵机组 .326.4 空气处理机控制过程 .346.5 冷凝器的设计 .356.7 选择地下换热器管材及竖埋管直径 .386.8 埋管内工作流体 .396.9 辅助装置选型 .396.10 其余系统 .427 总 结 .50致 谢 .51参考资料 .52扬州大学本科生毕业设计11 绪论1.1 选题背景及研究意义1.1.1 选题背景由于人类活动的影响, 全球大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体浓度显著
13、增加, 气候变化引起了气温增高、海平面上升、极端天气与气候时间频发等问题, 对自然生态系统和人类生存环境产生了严重的影响。气候变化问题引起了全世界的广泛关注, 成为当今人类社会亟待解决的重大问题地热资源的开发利用, 对于改善能源结构, 解决日趋严重的全球环境问题具有重要意义。地热顾名思义是指地球内部所蕴藏的热能，它来源于地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量。地热资源是在当前技术经济条件和地质条件下，能够从地壳内科学、合理地开发出来的岩石热能量、地热流体热能量及其伴生的有用组分，它与太阳能、风能、生物能、海洋能等统称为新能源，将太阳能、风能、潮汐能与地热能加以比较，地热能是新能源中最为现实
14、的能源。地热能源具有不可替代的优势：1余热利用、经济节能：使用高温水源热泵机组，我们可以对一些余温资源进行回收，比如: 用低温地热水、地热尾水、含油污水及其他各种温度在30 60 之间的中低品位余热资源。对C。 。这些余温资源进行回收后，高温水源热泵机组再根据使用者的要求，对水温进行调试，水温最高可以调试到90，从而满足各种热水需求。使用这种对地热水加高温水源热泵的方法能进行供暖，与传统的供暖形式相比，更经济、更实惠，而且对能源的消耗也要少很多。2绿色环保、效益显著：使用地热水和高温水源热泵的方法进行供暖，与传统的供暖方式相比，更环保、更经济，它不仅有效的防止了废气、废渣的产生，有效的保护了环
15、境质量，同时也节约了一大笔费用的开支，节约了成本。除此之外，它是对余温的回收和使用，所以它扬州大学本科生毕业设计2使尾水的温度大大降低，甚至远远低于国际标准，从而有效的解决了热污染问题。而且高温水源热泵不仅能供暖，还能制冷，这样就避免对中央空调重复进行投资,节约一大笔开销，经济效益明显。3性能稳定、安全可靠：水源热泵实现了自动化管理，因此不需要大量的人员进行操作，没有压力容器，提高了安全度。地下水温度变化不大，供热不停，温度变动不大，满足了人体的需求。为了满足人们对室内空气的舒适性要求，现代建筑中越来越多地使用了中央空调系统。中央空调是由一台主机通过风道过风或冷热水管连接多个末端的方式来控制不
16、同房间以达到室内空气调节目的的空调系统。中央空调的概念起源于美国，因其设备性能稳定、寿命长、舒适度高，逐渐得到了推广应用。中央空调气流组织好，送风温差小，室内温度分布均匀，加上可以方便引入新风，可以有效预防夏季“空调病”的发生，及避免出现冬季室内空气过于干燥的情况。先进的自动控制技术可保证中央空调系统按照最佳的负荷匹配比高效率运行，节能省电。当前据统计，空调能耗占整个建筑物能耗的6070，而我国建筑能耗占国内总能耗的30，空调能耗构成了全国用能的重要组成部分。今后随着人们对生活质量要求的提高，空调的普及率会越来越高，建筑能耗也将进一步增大，因此中央空调的节能问题不容忽视。围绕如何降低中央空调系
17、统的能耗成为解决能源问题的关键技术之一。在我国目前中央空调空调冷热源用能主要还是以电力和煤、油、气等化石能源为主，其中煤炭所占的比例很大，能源结构不合理，造成了能源利用率低和环境污染严重等问题。从可持续发展的角度来看，应该从高效节能、环境保护等方面来考虑选择空调的冷热源，而选用可再生能源就是一条可行之路。1.1.2 国内外研究现状1912年瑞士的左伊利首次提出地源热泵的概念。当年瑞士苏黎世成功安装了一套以河水作为低温热源的热泵设备用于供暖，这是世界上第一个地源热泵统。1930年英国的霍尔丹在他的著作中报扬州大学本科生毕业设计3道了1927年在苏格兰安装的一台进行试验的家用热泵。当时的霍尔丹已认
18、识到，通过简单的切换用制冷循环来实现冬季供热、夏季制冷是可能的。他同时还研究了低温热源端制冰等问题。随后，美国也开始对热泵进行了设计与应用，但能进行试验的装置却很少。至1931年，美国安迪生公司的洛杉矶办公楼将制冷设备用于供热，供热量达1050 kW，制热系数达2.5。这是大容量热泵的最早应用。20世纪50年代与60年代之间热泵技术经历了迅速成长的阶段。欧洲和美国掀起了研究地源热泵的第一次高潮，鉴于当时能源价格低廉，这种系统并未突显出其经济性，因而未得到推广。直到20世纪70年代，世界上出现了第一次能源危机，这时人们才真正开始关注节约能源和高效率用能的问题，因此地源热泵的研究进入了第二次高潮，
19、许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。这一时期，欧洲建立了很多用于冬季供暖目的的水平埋管式土壤源热泵，成为世界上发展地源热泵最成熟的地区。然而由于安装工人又不懂热泵原理，热泵专家不懂安装技术，致使地源热泵的发展走了一段弯路。在瑞典的研究人员将塑料管应用于闭式环路地源热泵系统之后，地源热泵的推广应用迅速展开。20世纪80年代后期，地源热泵技术已经趋于成熟，更多的科学家致力于地下系统的研究，努力提高热吸收和热传导效率，同时越来越重视环境的影响问题。地源热泵生产呈现逐年上升趋势，瑞土和瑞典的年递增率超过10。美国的地源热泵技术飞速发展，生产和推广速度很快，成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国。
20、我国地源热泵的开发利用起步较晚。在20世纪50年代，上海、天津等地尝试采用夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授也开展了我国热泵的最早研究。国内于1965年研制成功第一台水冷式热泵空调机，但开始推广和研究地源热泵系统是在20世纪90年代。1997年，科技部与美国能源部签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中一项就是地源热泵的发展战略，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度。从2000年以来，地源热泵的开发利用在全国得到普遍推广应用，并且每年以1015的速度增长，尤其是京津地区发展速度最快。据国家地质调查局的资料显示，到2005年底为止，我国浅层地温能应用面积已达到约3000万m 2。2005年之后，我
