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太阳能-空气源热泵空调系统物联网监控管理平台设计

张小东;李慧

【期刊名称】《《自动化仪表》》

【年(卷),期】2019(040)008

【总页数】5页(P74-78)

【关键词】Niagara;物联网;太阳能;空气源热泵;空调系统;监控管理平台;智能控

制;建筑节能

【作者】张小东;李慧

【作者单位】山东建筑大学热能工程学院山东济南250101;山东建筑大学可再生

能源建筑利用技术教育部重点实验室山东济南250101;山东建筑大学山东省可再

生能源建筑应用技术重点实验室山东济南250101

【正文语种】中文

【中图分类】TH184

0引言

近年来，随着物联网概念的提出和智能建筑节能理念的发展，物联网技术在建筑空

调监控系统上的应用更加广泛[1-3]。目前，在我国推动清洁能源供暖与“煤改电”

的大潮下，空气源热泵更是发展迅速[4-5]，太阳能-空气源热泵空调系统将太阳能

与空气源热泵有机结合，具有广阔的应用前景[6]。为了实现该系统的智能化与信

息化，需将系统的各设备集成为统一的平台进行管理，使系统具有节能性、经济性

和安全性。NiagaraFramework能够较好地解决这一问题。它是市场上在系统集

成方面较为成熟、先进的应用框架。Niagara核心价值是可以接入任何协议、设

备和网络，并且不受制造商或通信协议的影响[7-8]。因此，基于Niagara技术，

搭建了太阳能-空气源热泵空调系统监控管理平台。

1太阳能-空气源热泵空调监控系统

以学校某办公楼的太阳能-空气源热泵空调系统作为研究对象，搭建其监控管理平

台。该空调系统分为太阳能-空气源热泵复合系统、新风系统和空调末端房间系统。

系统原理如图1所示。

图1系统原理图Fig.1Schematicdiagramofsystem

系统在夏季可利用空气源热泵为室内末端房间制冷，冬季太阳能集热器作为辅助供

热设备，与空气源热泵一同为室内末端房间供热。新风机组为室内末端房间提供室

外新风。新风在新风机组内利用室内回风的余热进行预冷或预热[9-10]。

监控系统通过安装在现场的各类传感器，对该系统的各种参数(例如温度、压力、

流量、功率等)、系统设备的运行状态(包括新风机组的运行状态、水泵的运行状态

等)进行监测，并根据系统的运行要求控制相应的设备[11]。

1.1太阳能-空气源热泵监控系统

太阳能-空气源热泵系统流量与热量测量采用热量表；电能通过智能电表进行测量，

主要监控空气源热泵、循环水泵的功率和电能，热量表与电表均输出RS-485信号。

系统对空气源热泵供回水温度与压力进行监控，安装温度、压力传感器，温度传感

器量程量程为-50～+150℃、4～20mA电流输出，压力传感器量程为0～1.6

MPa、4～20mA电流输出；对储热水箱内水温进行监控，安装温度传感器；在

旁通管路安装压差传感器，量程为0～100kPa、4～20mA电流输出。

1.2新风监控系统

整个系统主要分为新风全热交换机控制、新风管道、送风管道、回风入口管道以及

回风出口管道监测。其中，新风管道安装风管温湿度、CO2浓度、PM2.5浓度传

感器，送风管道安装风管温湿度、PM2.5浓度传感器，回风入口管道安装风管温

湿度，回风出口管道安装风管温湿度、CO2浓度传感器。风管温湿度传感器温度

量程-10～+40℃，湿度量程0～100%RH，0～10V电压输出；CO2浓度传感

器量程0～2000×10-6，0～10V电压输出；PM2.5浓度传感器量程0～1000

μg/m3，0～10V电压输出；室外温湿度传感器温度量程-30～+50℃，湿度量

程5～95%RH，0～10V电压输出。

1.3末端房间监控系统

系统采用温控器对空调系统末端房间的风机盘管及电动阀进行控制。温控器选用鼎

会ZigBee无线空调温控器。每个温控器旁安装一个ZigBee智能插座，可监测风

机盘管开启状态、风速档位和室内温度。

1.4监控系统节能控制

在保证室内房间舒适性的前提下，为使系统节能降耗，平台在太阳能-空气源热泵

系统中进行循环水泵变频控制，在新风系统中进行新风机组CO2浓度与时间表联

合控制，在末端房间系统中进行风机盘管与空气源热泵机组一体化控制等节能措施。

1.4.1循环水泵压差控制

在舒适性空调系统中,因为其负荷主要随室外气候与室内人数而改变,对于实际工程,

机组很少存在满负荷运