水源热泵制冷供热控制系统的设计与实现

摘要

日趋严重的环境污染导致的能源短缺问题，使得对新能源的开发和利用已成为当今时代人们重点探索的内容。水源热泵系统的工作原理主要是利用地下水为冷热源，通过泵站换热技术为室内制冷供暖，环保节能、经济性强。而在实际应用中通常使用常规的PID控制泵站运行，这使得本身具有非线性、时变性、时延性特点的水源热泵系统节能效果并不是十分显著。
　　本文是基于小区居民住宅的制冷供暖问题设计研究的水源热泵系统。论文对水源热泵系统的主控模块、电子膨胀阀调节和实际应用中系统的能效比进行研究。论文首先阐述了水源热泵系统的基本原理和特点，分析了电子膨胀阀工作原理并针对电子膨胀阀的节流降压操作进行了说明。参考PID算法和模糊控制的特点，选择基于PID算法的模糊控制，改善了由于系统时变时延性导致整体能耗过高的问题，实现高效节能。其次对系统的硬件电路及软件设计进行了说明，选取STM32F103作为主控处理单元，通过对电源电路、温度测量电路、通信电路、驱动电路等相关外围模块的设计，综合实现对水源热泵系统冷热的控制。接着通过对相关硬件电路模块的软件程序化设计，分别实现系统初始化、信号采集、温度控制和信息通讯等功能。
　　最后，根据对青岛某居民小区部分楼盘冬天供热效果的实地监测数据，计算系统能效比，将计算结果与国家水源热泵系统能效比设定值进行比较，结果表明：水源热泵系统和热泵机组的能效比均已达到良好的节能效果，且系统运行稳定，可以满足实际应用需求。

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摘 要

Abstract

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Contents

1绪 论

1.1 课题的提出

1.2 水源热泵系统的研究现状

1.2.1 国外研究发展现状

1.2.2 国内研究发展现状

1.3 本课题的主要研究内容

2水源热泵系统介绍

2.1 热泵系统分类及选择

2.1.1 空气源热泵系统

2.1.2 土壤源热泵系统

2.1.3 水源热泵系统

2.2 水源热泵系统概述

2.2.1 水源热泵系统工作原理

2.2.2 水源热泵系统的特点

2.3 电子膨胀阀的工作原理

2.3.1 工作原理

2.3.2 电子膨胀阀的控制模型

2.4 模糊PID 控制

2.4.1 参数模糊化

2.4.2 模糊规则表制定

2.5 控制系统的设备选型

2.6 本章小结

3水源热泵系统硬件电路的设计

3.1 系统整体设计及处理器的选择

3.1.1 系统的总体架构

3.1.2 处理器的选型

3.2 电源电路设计

3.3 三相电源相序检测电路设计

3.4 开关量输入电路设计

3.5 温度测量电路设计

3.5.1 常用的温度测量电路

3.5.2 本文采用的温度测量电路

3.6 液晶显示屏驱动电路设计

3.7 电机驱动电路设计

3.8 电子膨胀阀驱动电路设计

3.9 本章小结

4水源热泵系统软件设计

4.1 主程序设计

4.2 温度传感器程序设计

4.3 三相电源相序检测程序设计

4.4 串口转换程序设计

4.5 电子膨胀阀控制程序设计

4.6 本章小结

5青岛某小区水源热泵系统冬季能耗分析

5.1 系统能效计算方法

5.1.1 水源热泵系统能效比计算

5.1.2 热泵机组能效比计算方法

5.1.3 水源侧耗电输热比计算方法

5.1.4 用户侧输送能效比计算方法

5.2 系统实际能效比计算

5.2.1 系统能效比实际值

5.2.2 热泵机组能效比实际值

5.2.3 水源侧设备耗电输热比实际值

5.2.4 用户侧循环泵输送能效比比实际值

5.3 系统能效比分析

5.4 测试现场

5.5 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致 谢

作者从事科学研究和学习经历简介

攻读硕士期间取得的主要成果和获奖情况