SBLKDB-11型地源热泵中央空调实训装置
地源热泵中央空调实训装置，地源热泵中央空调系统国民经济的发展、社会的进步，人们生活环境追求水准越来越高，公共建筑和住宅的冬季供暖和夏季空调已经成为普遍的要求，供暖和空调能耗所占全社会的份额节节攀升。传统的空调系统通常分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。作为传统热源的燃煤锅炉，不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在一些城市中，燃煤锅炉在被逐步淘汰，而引进的燃油、燃气锅炉则运行费用很高，而且逐年增长。与此同时，室外环境污染和自然资源枯竭的问题已经成为全社会关注的焦点。这样，热泵技术就成为一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。热泵这一术语，源于与水泵在功能上的形象对比。水泵的功能在于把水从低水位处抽吸到高水位处排放。热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。按热泵驱动功的形式分：蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵。常见的是蒸汽压缩式热泵和吸收式热泵。吸收式制冷的原理；利用液体蒸发时要从周围环境吸收热量这种特性制冷的。目前常用的是溴化锂水溶液。加热形式有蒸汽和直燃式两种。吸收式热泵省电不节能，市场逐渐缩小。蒸汽压缩式制冷的原理：蒸汽压缩式制冷系统主要由制冷压缩机、冷凝器、节流阀﹙膨胀阀﹚和蒸发器组成。由管路连接成一个封闭的循环系统，制冷剂在系统内不断地循环工作。蒸汽压缩式热泵装置的工作原理与蒸汽压缩式制冷机的工作原理是一致的。夏季空调降温和冬季采暖，都是使用同一套设备完成的。蒸汽压缩式热泵是用作动力，可以得到比用电直接加热获得多几倍的热量，这是因为输入给热泵的电能不但本身转变成了热，而且靠它作功，把大量存在于周围环境介质中处于低位势的热提高到了可利用的一定高的位势。热泵技术是一个相对成熟的技术，“源”的问题是热泵技术的关键。地球上的能源种类众多，一类是自然热源，来自太阳的辐射能，并且通过各种类型的转化过程而储存于地球上可再生能源（水能、空气能、地能）。太阳能作为一种洁净的能源，资源十分丰富，既是一次能源，又是可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。太阳能是可再生能源中最引人注目、开发研究最多、应用最广的洁净能源，但热源温度较低，如空气、水（地下水、地表水、江、河、湖等）、土壤和太阳能等；另一类为生活和生产排热，这类排热温度较高，如废气、废水等；热泵技术采用的就是这些能源。根据蒸汽压缩式热泵所吸收的可再生低位热源的种类，热泵可分为：空气源热泵、地源热泵、水环热泵、和太阳能热泵等。空气源热泵空气作为低温位热源，可以取之不尽，用之不竭，而且是随时随地无偿地获取。空气源热泵系统是以空气作为低温热源。分体式热泵空调机、VRV热泵空调系统、大型风冷热泵机组等，均属于空气源热泵。这种空气源热泵的安装和使用都非常方便，虽然被人们广泛应用了很多年，但目前仍存在一些缺点。由于空气的状态参数随地区和季节的不同而不同，这对空气源热泵的容量和制热性能系数影响很大，空气温度偏高或偏低时，热泵的制冷性能系数就会变得很低。尤其在冬季，当空气温度很低时，这时需求的供热量就很大，势必造成热泵供热量与建筑物耗热量之间的供需矛盾。这是因为冬季空气温度很低时，空调换热器中的工质蒸发温度也很低。当安装在窒外空调换热器表面温度低0℃，并且低于空气露点温度时，空气中的水分在换热器表面就会凝结成霜，导致蒸发器的吸热量减少，热泵不能正常供热。空气源热泵在我国典型的应用范围是长江流域以南地区。而在北方地区，冬季平均气温低于0℃，空气源热泵不仅运行条件恶劣，稳定性差，而且存在结霜问题，效率较低，因此空气源热泵用于北方地区时，必须慎重考虑！所以热泵装置的设计要考虑防止空调换热器的结霜，还要选择良好的除霜方式。其一般的除霜方法有：1)把压缩机的部分高温热气经旁通管直接送入蒸发器进行除霜；
2)利用四通阀，将热泵由供热工况运行变为制冷工况运行，这种方法除霜快，但要消耗大量能量；
3)在空调换热器内镶入电加热器，用电加热除霜。不同地区和不同品牌的空气源热泵机组除霜采用的方法不同，空气源热泵系统防霜和除霜的能耗估计占热泵总能耗的10%，但是霜层的形成造成换热器运行性能下降是无法确定的。随着空气温度的下降，热泵的效率降的很低。
目前，由于对空气源热泵存在的固有问题还没有找到有效地解决办法，所以空气、土壤、太阳能和其它能源的综合利用是一种发展趋势。水源热泵可供水源热泵作为低温位热源的有，有地下水、地表水、城镇污水、工业废水等，根据地能采集系统形式不同，水源热泵系统分地下水源（标准水源、高温水源）、地表水源（海水源、污水源、淡水源）、水环热泵三种形式。
埋藏在地表以下岩土和岩石空隙中的地下水是热泵良好的低温位热源，水的比热容大传热性能好。天然过滤、无色透明、一般水量稳定、水温随季节气温的变化较小。
不超过450m深浅层地下水温比当地年的平均气温高1~2℃，在我国华北地区为16±1℃、华东地区为18±1℃、东北地区为10±1℃。
㈠地下水水源热泵（GWHP）地下水水源热泵系统（GWHP），也就是通常所说的钻井抽取地下水回灌式水源热泵系统。建造抽水井群将地下水提出，通过二次换热或直接送到水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。实现100%的回灌到原水层，这样就能保证地下水总体上的供回平衡。地下水水源热泵中央空调系统是目前应用最普遍的一种形式，与地下埋管的“闭式”土壤源热泵相比，由于其工程造价低、容量大、水的温度稳定，运行费低，所以市场占有率高，但是由于地下水回灌的堵塞问题没有得到根本解决，在使用方面、地质环境方面的问题比较突出。这些问题能否解决，一方面影响这项技术的可持续发展；另一方面，也直接影响我们共同的生活环境。如果考虑使用地下水水源热泵系统，首先应与当地政府的有关管理部门联系，争取得到他们的支持，允许使用地下水，然后再按照以下步骤工作：
⑴建设场地的水文地质条件是进行地下水水源热泵设计的依据，首先要收集本地区水文地质资料，委托当地水文地质管理单位对水文地质进行调查。在当地勘查部门进行勘查的总结资料的基础上，对地下水源进行估测、评定，以表明所选的地点是否是安装地下水系统的理想地点。
二、地源热泵中央空调实训设备技术参数
1、工作电源：三相五线制 AC 380V±10% 50Hz
2、安装尺寸：长×宽×高200×100×250cm
3、整机容量:最大供冷量：7.5kW；
4、最大输入总功率：6.5kW；制冷额定功率：3.8kW； 最大堵转电流：50A；
5、制热额定功率：2.0kW 额定输入电流：7A；
6、循环风量：700m3/h；制冷剂：R22；
7、漏电动作电流：≤30mA；安全保护措施：具有过压、过流、过载、漏电、接地四种保护措施，符合国家相关标准。
三、地源热泵中央空调实训装置系统功能特点
1、工程化概念强--实训装置的整套控制系统大部分采用工业现场实际应用的部件。
2、技术先进--控制系统部分应用了代表当今中央空调控制系统技术潮流的PLC控制技术，它充分考虑了系统的可扩展性和与楼宇其他子系统的兼容性。
3、开放性好--整套实训装置采用透明化、开放式设计，实训者能够直观清晰地了解整个装置的工作过程，系统控制部分源代码完全开放，实训者可自行添加或修改，进行创新性、设计性实训。
4、土-气型地源热泵机组室内换热系统, 该种室内换热系统的制冷和供热都是通过对室内空气的降温或升温实现的，增加热水附件可以全年提供生活热水。机组除了有与室外换热系统相连的水管、阀门等水系统外，还有为了将循环风送到每个空调房间内的风管、风阀、风阀等风系统。地源热泵机组可以吊装在卫生间内或布放在储物间内。
5、室外换热系统:采用抛放地耦管换热方式即将盘管放入河水（或湖水）中，盘管与室内循环水换热系统形成闭式系统。地源热泵系统是利用地下水中热量的闭路循环系统，它通过循环液体在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的换热。
6、在冬季制热过程，流体从地下吸取热量，再通过 热泵系统把热量带到室内。
7、夏季制冷时系统运行；即把室内热量带到地下岩土中。因此，地耦管地源热泵系统保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质，地耦管地源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，
8、生活用水：地源热泵系统无论在冬季夏季为家庭提供生活用水.
四、地源热泵中央空调实训装置系统组成
设备整体与实际地源热泵中央空调系统结构相同，采用开放式钢框架结构，各部件布局合理操作方便。控制系统由电控柜、可编程控制器、压力采集模块、温度采集模块、数据采集点、PLC编程软件、中央空调组态监控软件组成。
1、地源热泵制机组
由压缩机、电磁四能阀板,式冷凝器、板式蒸发器、储液罐、热力膨胀阀、视液镜、干燥过滤器等组成，管路中还设有控制阀等实训所必需的部件，管路中视液镜可观察制冷剂状态等设备组成。制冷机组主要完成制冷工作，制冷剂为R22。
双向流量控制模块：通过自动调节提高冷媒流量，可以有效降低压缩机的排气温度，扩大压缩机高效做功区。采用双向控制系统，可实现双向热泵功能、冷库控制，空用制冷机组，变频机组、中央空调机组的的节能控制和流量自动调整。
★嵌入式触摸屏主机流量控制与软件：系统由显示模块、功能模块、上们机软件3部分组成，（出厂根据产品性能，厂家自主配置组合）嵌入式触摸屏主机，采用触摸屏控制,可直接进入系统调节，电压5-36V/50HZ，带开机语音功能，尺寸5寸，内存156M,电容式。
1）、可显示压缩机排气温度、压缩机吸气温度、蒸发器温度、冷凝温度。
2)、上位机软件同时在线同时监控系统的状态（选配）。数码管显示器在线显示开度、温度以及故障代码。数码管显示器在线显示开度和温度以及故障代码.
3)、曲线显示：可显示温度实时曲线
4）、具有上位机调节和手动调节功能
5)、可自行制冷系统制冷剂流量设定最小开度。
6）、自动调节：设备运行时有断电记忆功能，保持当前值不变。确保制冷/热泵/冷库/水机等状态下的流量开度。
7)、开度实时显示：控制对象为最大 5000 开度设定。
8）、软件控制，能在线控制系统的温度，读取机组在最佳温度系统制冷冷媒的流量开度数，调整制冷机组的过热度，过冷度。该文本显示界面的左侧，以文本的形式实时显示当前机组的运行数据。在界面右侧的上半部分，是对通讯信息的显示，包括通讯角色及通讯端口的设定值以及对当前通讯状态的显示。在界面右侧的下半部分"数据信息"中，显示当前接收到哪种数据帧、接收到的数据帧的地址、等信息。
9)、可自动制冷系统中冷媒，如： R134A\R22\R410A 等其它冷媒。
10)、手动4 路实时温度显示：控制器同时检测系统的制冷多点温度，来控制机组过冷/过热度。
11）、显示界面上29 路参数控制参数设置/查询：控制器内所有与控制相关的温度参数、时间参数、控制参数、等29个参数都可以调整，以适应制冷/热泵/冷库/水机等设备。
12）、4路用户模拟环境数据入：在调试中通过软件模拟设定，可模拟制冷主机组在各个温度条件下，阀的开度状态来积累大量数据，从而根据每一个制冷机组的特点来设定的标准开度值。
13）、F)、多达 8 路设备运行监控：在线监控机组的压缩机、膨胀阀、各点温度、保护动作电路等运行状态。
14)、过冷/热度控制范围：2-15 摄氏度。可自行设定制冷主机的过/冷、过热度为设计提供数据。
15)、手动设定温度和开度可显示查询/设置：控制器所有检测到的温度都可以被查询开度也可以实时查询显示
16)、手动设定调节功能：在机组开发和调试阶段，可以通过控制器手动调节功能，取得有效的试验数据
9.在蒸发器不同压力下，实现压缩机在不同制冷量的测试，具有压缩机过冷/过热自动调节
17.★改变了机械式节流装置在实验过程中难以调节和损坏,让学生在实验过程中学习电子控制的方法，操作调节方式，技术参数调整.
18.★外部控制模式：可第二次开发成4-20Ma输入模式、0-5V控制模式。
19.动画模式:触摸屏或软件连接模式下：各自己显示执泵或者制冷工作流程状态，
20. 动画模式:触摸屏或软件连接模式下:可显示压缩机排气温度、吸气温度、冷凝温度、蒸发温度，可根据温度实时调节机组过冷度。过热度。
控制软件
2、地/水源水系统
系统由1个不锈钢水箱、1台地耦水泵、电子流量开关、2P地耦管、电磁阀，2个不锈钢换热器组成，主要完成制冷机组冷却热交换，为机组提供适当的工作温度。
2.1、水箱:尺寸400mm*300mm*400mm,材质：不锈钢
2.2、地耦水泵:220V/50HZ,370w，形式：离心式空调专用泵
2.3、流量开关: 电子式：最大次数5000次，电压24V，电流0.1A
2.3、地耦管: 2P,散热面积6.8M2
2.4、电磁阀: 220V/50HZ,DN15，材质：铜
2.5、换热器：材质：不锈钢。散热量：5000W，B水侧：DN20,A侧：12MM
2.6、阀: DN15，材质：铜
3、热水系统
生活热水系统：由1台热水泵、电子流量开关、阀门、膨胀水箱等组成，主要给家庭提供生活热水。
3.1、水箱:尺寸400mm*300mm*400mm,材质：不锈钢
3.2、阀: DN15，材质：铜
3.3、流量开关: 电子式：最大次数5000次，电压24V，电流0.1A
3.4、地耦管: 2P,散热面积6.8M2
3.5、换热器：材质：不锈钢。散热量：5000W，B水侧：DN20,A侧：12MM
4、空气调节系统
空气调节系统由、模拟房间、风机盘管、中央空调控制器、阀门，一台水泵、不锈钢换热器组等组成，主要完成空气调节作用。（室内送风风机转速可调）,主要完成制冷机组冷却热交换，为室内提供适当的温度
4.1、电磁阀: 220V/50HZ,DN15，材质：铜，三线制
4.2、中央空调水泵:220V/50HZ,370w，形式：离心式空调专用泵
4.3、流量开关: 电子式：最大次数5000次，电压24V，电流0.1A
4.4、风机盘管: 1P,散热面积3.4M2、 220V/50HZ,DN15
4.5、换热器：材质：不锈钢。散热量：5000W，B水侧：DN20,A侧：12MM
4.6、分水器：材质：304不锈钢。四进一出, 阀: DN15，材质：铜
4.7、集水器：材质：304不锈钢。四进一出, 阀: DN15，材质：铜
4.8、中央空调控制器：形式：液晶式，传感器：内置:风速度：三挡, 电压220V/50HZ.
5、模拟房间
由1套风机盘管、1套温度控制器及风量调节系统组成，主要完成房间的温度设定与空气调节作用。两侧由有机玻璃组成，透明可观察内部组成。
模拟房间尺寸：800MM*500MM*500MM
6、控制装置配置
整个中央空调采用FX3U-48PLC可编程控制器及工业总线控制，由计算机通过通信总线与PLC进行通信，控制整个中央空调的运行。空调的运行参数由各类传感器进行采集，并通过通信总线送入计算机中，通过专用中央空调组态控制软件进行实时监控。在现场控制柜上可显示中央空调的所有运行数据，可进行全手动和自动运行操作。
6.1控制柜：铁质双层亚光密纹喷塑结构，结构坚固。前门采用透明设计，可观察到中央控制器、接触器、热保护器等控制元件。面板上面有控制开关旋钮、工作状态指示灯、系统流程图及PLC主机单元及测试点。
6.2、交流电源控制单元：三相四线制AC 380V电源供电，并设有漏电保护器控制控制屏总电源。
6.3测量仪表
6.3.1、电源电压指示单元：提供1只交流电压表和1只交流电流表，用于测量系统电网电压与测量压缩机、冷却水泵、冷冻水泵工作电流。制冷系统压力检测单元：
6.3.2、提供2只真空压力表和1只双组压力控制器，测量范围分别为-0.1～1.5MPa、-0.1～3.5MPa,可显示系统压缩机低压侧和高压侧的压力变化，对压缩机起到保护作用。
7、 地源热泵中央空调实训装置可实现手动控制和计算机控制两种控制方式：
7.1、手动控制按钮在控制柜的门上，这些控制按钮接入到PLC各个相应的输入变量上，可直接对整个中央空调进行控制；
7.2、计算机控制则采用组态技术建立计算机与PLC之间的稳定通讯，从而控制整个中央空调，并实现对空调运行数据的显示、分析等各种功能，同时也可通过网络升级建立远程计算机与现场计算机的通讯，实现对中央空调的远程控制
* 8、系统原理图：
*为了能更 好的掌握中央空调的控制和系统原理，控制面板上画有制冷系统流程图，控制面板上在对应的元器件上喷绘有标识，字体，流程图并配有对对应的相关器件工作指示灯，开启或关闭对应的部件时，相应的状态指示灯亮或关闭
9、控制柜配置表
|
编号 |
名称 |
单位 |
数量 |
|
|
1 |
配电控制柜，网络式机柜 |
套 |
1 |
1800*700*700MM,采用蓝色框架结构，白色为搭配色，前后开门，方便实训操作，前门采用玻璃装饰，美观大方(面板：铁质面板，激光雕刻，彩色喷绘) |
|
2 |
三相4P带漏电开关 |
只 |
1 |
32A |
|
3 |
三相保险 |
台 |
1 |
32A |
|
4 |
450V电压表，30A电流表 |
个 |
1 |
6L2 |
|
5 |
按钮 |
套 |
9 |
不带锁 |
|
6 |
开关电源:为控制系统提供电源 |
套 |
1 |
Q60.:提供+24V.+5V |
|
7 |
中间继电器 |
套 |
12 |
24V |
|
8 |
交流接触器 |
套 |
1 |
220V |
|
9 |
压力采集模块，FX2N-2AD |
块 |
1 |
|
|
10 |
压力变送器，0-10V |
只 |
2 |
|
|
11 |
7寸彩色触摸屏 |
只 |
|
昆仑动态 |
|
12 |
通信线 |
只 |
1 |
|
|
13 |
制热水泵 |
个 |
1 |
|
|
14 |
中央空调控制实训软件 |
套 |
1 |
|
|
15 |
实验操作指导书 |
套 |
1 |
|
|
16 |
PT100传感器 |
只 |
8 |
|
|
17 |
PLC，FX3U-48M |
台 |
1 |
|
|
18 |
数据采集系统 温度采集模块，FX2N-4AD-PT |
套 |
1 |
|
|
19 |
系统 流程图 |
套 |
1 |
|
|
20 |
工业组态软件 |
套 |
1 |
|
|
21 |
PLC编程软件 |
套 |
1 |
|
|
22 |
中央空调PLC应用程序 |
套 |
1 |
|
|
23 |
中央空调组态应用程序 |
套 |
1 |
|
|
24 |
实验指导书、、线缆、配套工具 |
套 |
1 |
|
|
25 |
微机与控制柜通讯连接线 |
条 |
1 |
|
|
26 |
触摸屏下载线 |
根 |
1 |
|
|
27 |
PT100 |
根 |
8 |
A级 |
|
28 |
流量控制系统 |
套 |
1 |
|
10、主机系统
采用2匹水冷机组：为整机系统提供冷源，采用一套分水器对冷量进行分配调节，整个中央空调采用PLC作为主控机，由计算机通过通信线与PLC进行通信，从而控制整个空调的运行，也可通过网络实现远程控制。空调的运行参数由传感器及变送器进行采集，并通过A/D模块转换后送入PLC中，再由PLC送到计算机中进行实时显示监控。
|
编号 |
名称 |
单位 |
数量 |
说明 |
|
1 |
压缩机（2P）压缩机 |
台 |
1 |
|
|
2 |
高低压力控制器 |
只 |
1 |
|
|
3 |
低压表 |
只 |
1 |
3.8MP |
|
4 |
高低压表 |
只 |
2 |
|
|
5 |
过滤器 |
个 |
1 |
|
|
6 |
视液镜 |
个 |
1 |
|
|
7 |
低压表 |
只 |
1 |
1.8MP |
|
8 |
膨胀阀 |
只 |
1 |
|
|
9 |
模拟水井（钢制） |
台 |
1 |
不锈钢 |
|
10 |
冷凝热器 |
只 |
1 |
不锈钢 |
|
11 |
地耦管换热器 |
个 |
1 |
不锈钢 |
|
12 |
热泵换热器 |
个 |
1 |
不锈钢 |
|
13 |
蒸发器 |
|
|
不锈钢 |
|
14 |
蒸发器 |
套 |
1 |
|
|
15 |
四通阀 |
套 |
1 |
|
冷水机配置表
五、地源热泵中央空调实训设备项目要求
1.掌握地源热泵机组的原理与结构组成
2.地源热泵空调系统电气自动控制
3.地源热泵空调系统夏季运行工况调试
4.地源热泵空调系统冬季运行工况调试
5.掌握地源热泵机组抛放地耦管换热方式构成
6.掌握地源热泵机组土-气型地源热泵机组室内换热系统, 方式构成
六、地源热泵中央空调实训设备主要配置清单
|
编号 |
名称 |
单位 |
数量 |
说明 |
|
1 |
模拟客房，800*500*500MM |
套 |
1 |
|
|
2 |
风机盘管 |
套 |
1 |
|
|
3 |
分水器 一进四出 |
套 |
1 |
|
|
4 |
集水器 一进四出 |
套 |
1 |
|
|
5 |
地耦水系统 |
|
|
|
|
6 |
媒水系统 |
|
|
|
|
7 |
热水系统 |
|
|
|
|
8 |
升降阀（铜质） |
个 |
12 |
|
|
9 |
水管组件 |
套 |
1 |
|
|
10 |
水泵 |
台 |
3 |
|
|
11 |
电磁阀 |
只 |
4 |
|
|
12 |
三通阀 |
只 |
1 |
|
|
13 |
电子式水流开关 |
个 |
3 |
|
|
14 |
智能温控器 |
只 |
1 |
|
|
15 |
钢架2000*1000*700MM |
套 |
1 |
|
|
16 |
实验操作指导书 |
套 |
1 |
|
|
17 |
铝合金电脑桌 |
套 |
1 |
|
|
18 |
生活水箱 |
只 |
1 |
不锈钢 |
|
19 |
膨胀水箱 |
只 |
1 |
不锈钢 |
