基于变频技术的地源热泵空调系统节能改造研究

摘要

能源是国民经济发展的基础资源。地源热泵系统由于其具有节能效果好、利用可再生能源、环保效果好等优点，得到了广泛的应用。在地源热泵空调系统中，如何合理利用地热资源，达到进一步节能的要求而实现最佳的经济效益，是实现能源的可持续发展的关键之处。在地源热泵空调系统中，除主机的耗能外风机、深井泵、循环水泵是第二大耗能设备，因此降低水泵、风机机组的能耗对降低整个地源热泵空调系统的总能耗具有实际意义。 本文针对具体工程实例中采用的地源热泵空调系统运行现状，提出地源热泵空调系统变频技术改造的基本思路和方法。根据实际工程进行了变频改造的硬件设计与程序设计。首先根据现有系统特点进行水泵、风机的运行控制方式的设计，根据控制电路进行三菱FR系列变频器的设定与初始化设计。其中变频器的控制方式采用矢量控制方式，分析研究矢量控制原理，并对变频矢量控制系统进行了仿真分析。然后针对地源热泵空调系统变频调速控制中所采用的控制方案，进行PLC的控制设计。对地源热泵空调控制系统改造中采用的三菱FX2N系列PLC，进行PLC控制变频调速系统的接线设计与控制方式设计。使得改造后的系统不仅可以按照实际负荷需求调节电机转速，降低能耗。还避免了电动机长期高速的运行，有效地延长了电机和机组的寿命。同时根据本次改造的具体方案，结合现有系统中的设备进行PLC控制程序的流程设计，应用FX-GP/WIN-C软件完成地源热泵空调系统中PLC控制变频调速的程序设计。对PLC控制中PID运算模块进行了PID算法及其改进算法的应用分析研究。最后对具体项目中的地源热泵空调系统进行使用频数统计，对变频改造后的地源热泵空调系统进行相关的节能计算。同时就变频改造需要的硬件设备通过市场调查进行成本分析。验证了改造后的地源热泵空调系统可以有效地节省能源，使设备高效而稳定运行。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2地源热泵空调系统发展研究现状

1.2.1.地源热泵发展现状

1.2.2地源热泵空调控制系统现状

1.3本文的主要内容

第二章变频技术在地源热泵空调系统中的应用

2.1地源热泵空调系统简介

2.1.1地源热泵空调系统的工作原理

2.1.2现有系统运行状况

2.2变频调速技术在地源热泵空调控制系统中的应用

2.2.1三相异步电动机的调速

2.2.2水泵、风机的调速方式

2.2.3工频起动与变频起动

2.3地源热泵空调变频控制方案

2.3.1地热水深井泵变频控制方案

2.3.2地热水深井泵变频控制方案

2.3.3风机变频节能控制方案

2.4本章小结

第三章地源热泵空调控制系统变频改造及硬件设计

3.1变频调速器的工作原理

3.2地源热泵空调系统变频调速改造

3.2.1地源热泵空调变频控制设

3.2.2变频器的选取原则

3.2.2变频改造中的硬件设计

3.3三菱PR变频器的应用

3.3.1三菱FR-F740变频器性能介绍

3.3.2三菱FR-F740变频器系统功能设定

3.4三菱PR变频器矢量控制仿真

3.4.1矢量变换

3.4.2磁场定向和矢量控制系统

3.4.3矢量控制系统仿真模型图

3.5本章小结

第四章地源热泵控制系统变频改造中PLC应用设计

4.1 PLC的基本组成与其工作原理

4.1.1 PLC的基本组成

4.1.2 PLC的工作原理

4.2三菱FX2N系列PLC特性

4.3PLC程序设计

4.3.1 PLC控制下变频调速系统的工作原理

4.3.2三菱PLC的编程软件

4.3.3程序设计

4.3.4抗干扰措施

4.4 PID控制算法研究

4.4.1 PID算法的优点

4.4.2实现PID控制的方法

4.4.3 PID控制的数字化

4.4.4 PID控制器的改进研究

4.5本章小结

第五章地源热泵空调控制系统变频改造的节能分析

5.1变频改造后的节能计算

5.1.1风机、水泵的节能计算

5.1.2变频改造后的节能分析

5.2地源热泵空调控制系统变频改造的硬件成本分析

5.3本章小结

第六章全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

附录：地源热泵空调系统变频运行制梯形图：

致谢

攻读学位期间发表学术论文