[摘要] 水源热泵空调系统是指从低温水源吸收太阳能和地热能形式的低位热量，并将热量传递到
水源热泵空调系统是指从低温水源吸收太阳能和地热能形式的低位热量，并将热量传递到高温热源系统，其实质就是利用余热进行供热。在夏季，通过将空调房间的热量取出放热给低温水源，进行制冷 冬季则吸收高温水源的热量放热给用户进行供热。水源热泵工作过程中需要少量高位电能输入。由于水源热泵能够合理地应用一定的高位能源，并把储藏丰富但不利于使用的低位热能转变为高位能源加以利用， 从而达到节约高位能源的目的。
热泵技术作为一种回收利用可再生热能的有效手段，把节约能源和保护环境的2方面优势融为一体，满足了节能和环保的双重要求。但是，目前我国在水源热泵空调控制系统方面所做的研究工作还不够深入。这主要是因为水源热泵空调系统本身是一个复杂的控制对象，其空调机组的构造比较复杂、控制变量较多，而且整个系统存在着时滞、非线性、时变及精合、外部干扰等因素，这些都可能造成系统不稳定，达不到节能、环保的效果。随着计算机和电子技术的发展，人们开始研究各种改进的控制技术，将智能控制技术应用到水源热泵控制系统已经成为热点研究内容之一。
一 水源热泵空调控制系统结构
1．1 水源热泵空调控制系统构成
水源热泵空调系统的冷热源一般由冷水机组来提供。不同功能的建筑物所选择的空调末端系统各不相同，所以需要控制的设备各不相同。系统管理和监控的主要设备有：水源热泵机组、提水泵、补水泵、循环水泵、电动阀门等。常用的控制形式有分布式控制系统和集中式控制系统。
1．1．1 分布式控制系统
规模不大的空调系统一般采用基于PLC控制的分布式控制系统结构。控制系统由空调机房的主机发出控制指令，每个机组自成系统单独控制，各个机组的进出水管上都安装着温度传感器，参与主机的监测和控制，根据空调水出水温度、空调水排水温度和井水排水温度，自动控制机组的运行，均衡每台压缩机的工作时间，避免个别压缩机超负荷的工作，延长压缩机的使用寿命。一般可将地下水的抽取、回灌单向流系统、空调循环水系统和生活热水系统分别单独控制。其中，地下水的抽取、回灌系统在确认机组停机前，由空调主机的主控计算机给井水泵发出停止抽水的控制信号，而在主机运行前，主控计算机先给井水泵发出运行控制信号。
空调循环水系统在空调使用时，主控计算机可以根据用户负荷自动调节机组的运行，包括机组的启／停、压缩机开启的数量、井水泵的工作与停止、延时的长短等。生活热水系统与空调系统的群控相联系，共同来控制井水泵开启的数量。
1．1．2 集中式控制系统
很多已投入运行的水源热泵系统多是由几台热泵机组组成，规模不大。但对于规模较大、热泵机组台数较多、布置分散的大规模水源热泵系统，一般选用集中控制系统形式。
目前，常用的集中控制形式有由直接数字控制器(DDO)组成的集散型控制系统(DCS)和现场总线2种控制方式：
① 集散型控制系统(DCS)。
基于直接数字控制器DDC集散型控制系统以微处理器为基础，集中了连续控制、顺序控制和数据采集功能，实现了集中管理和分散控制，即管理、操作、监控集中，而功能、设备、负荷和危险分散。它的结构一般可分为3级：即中央监控级、集中管理级和现场控制级。中央监控级．主要显示DDC控制器上采集的实时数据，储备和管理非实时数据，并通过各个DDC控制回路的设定值的改变来协调控制各个设备的运行，达到区域运行优化(DDC控制回路实现局部设备最优化运行)，通过计算机远程直接启停设备。集中控制级：接收来自现场控制级DDC控制器的数据，实现最优化控制。现场控制级：主要包括各类传感器、变送器和执行器等元件，它们将各类测量信号(温度、湿度、压差、流量等)转换成电信号，送往现场DDC控制器，DDC控制器将按照一定的策略完成对现场设备的连续和顺序控制， 同时以数据信号的形式上传到监控计算机。
② 现场总线控制系统。
现场总线控制系统(FCS)是按控制回路把现场设备分别进行连接的控制系统的结构。由于采用了智能现场设备，将原来在DCS集散型控制系统中处于控制室的控制模块置入现场设备，再加上现场设备具有的通信能力， 这样就可以不依赖控制室的计算机或者控制仪表，直接在现场完成控制功能， 实现分散控制，数字化现场设备在系统中的广泛应用，减少了模拟数字、数字模拟转换部件，简化了系统结构，节省了硬件设备，降低了系统安装维护的成本，提高了系统的可靠性。
1．2 水源热泵空调系统的主要控制环节
1．2．1 保护控制 为了确保空调系统的长时间稳定运行，机械上出现故障时需要必要的保护功能。保护控制就是在保护装置检测到保护信号时，马上执行报警处理或停止机组运行的动作。
1．2．2 能量调节控制 能量调节控制主要是根据建筑物供暖和制冷的热量要求，调节水源的出水量，稳定空调机组的出水温度，随时调节循环水的流量、流速，达到节约能源、降低运行费用的目的。
水源热泵空调系统能量调节的控制目标是使其出水温度稳定在设定值，其中出水温度的上升时间和温度的稳定误差是较为重要的控制目标，具体的上升时间依赖于机组的具体参数，如压缩机功率、水温温度、循环泵功率等，而温度的稳定误差则取决于控制方法。也可以理解为，优化控制主要体现在对井水流量的控制。
二 水源热泵空调系统控制方法
2．1 PID控制
采用PID控制的目标是使机组的出水温度稳定在设定值上。具体的方法是设定空调机组在运行时压缩机以额定的功率运行，通过温度传感器可以检测出机组冷(热)进出水的温度值，系统进出水温度之差反映了需要的负荷量(即进行热交换的热量)。因此，空调机组的出水温度对变频器进行控制。改变变频器的输出功率，进而决定启动机组中压缩机的个数，通过预先设置的参数来相应地改变水泵的转速以调节流量，达到空调机组输出水温度稳定的目的。
循环回路进出口的压差也可以作为控制的一种参数，将变频控制器与潜水泵或冷热水泵、压力传感器构成闭环的控制方式，根据开启压缩机机头的数量及提取地下水的进出温度，不断调节水泵的运行转速，来保证机组工作在最佳工况，达到节能的目的。但是，在空调机组的参数发生较大变化时，常规的PID调节器的控制参数不能相应地改变，因此系统的控制品质就会变坏，这时普通的PID就不能满足控制要求了。
2．2 模糊PID控制
模糊PlD控制是将模糊控制和PID控制相结合的复合控制方法，既具有模糊控制适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点。将空调系统补水量作为模糊P)D控制器的输入，可以对系统的输出提前预测，使控制信号提前作用于系统，有效地改善系统的滞后特性。
2．3 基于神经网络的预测控制
这种控制方式不是通过对进出水水温的检测来控制水泵的转速和启／停，而是通过室内温度的变化来调节室内水循环的流速和单个压缩机的启／停。常规的预测控制需要有精确的数学模型，对于水源热泵空调系统来说，在运行过程中存在时变、干扰等不稳定因素，因此要得到精确的数学模型几乎不可能。而神经网络具有非线性逼近能力等优点，在建模方面具有较强的优势，因此采用神经网络可以实现预测控制。
2．4 系统辨识
系统建模和辨识是进行系统优化设计的基本前提，在热泵系统优化设计中，传统的系统建模方法是在理论分析的基础上，建立对象的机理模型。而对复杂系统，获得模型不仅要大量的假设条件，而且许多系统的物理特性也不容易获得。
三 水源热泵空调控制技术发展趋势
在实际工程中，不同规模的水源热泵空调系统的运行成本差异较大，合理的优化控制方法对于降低整个系统的能耗具有重要作用，它已成为水源热泵控制领域研究的关键问题之一。水源热泵系统多机组运行时，压缩机能耗分配缺少量化的数据。目前，对水源热泵系统整机运行的协调性、匹配性研究还不成熟， 这在很大程度上制约了热泵空调系统的节能效率，而且影响到了整个系统的使用寿命。现有的水源热泵空调控制器大都是基于单片机的单台空调机组的控制器， 可靠性不高，而且没有多机通讯的功能，不利于多台机组对热量进行统一的调配。将智能控制技术应用于空调机组控制器的研究，将有助于配合未来网络化、集成化、智能化的控制管理方式。
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