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摘要：现如今社会飞速发展，节能和环保的意识已经成为社会建设的主题。所以由高节能变频恒压控制的供水系统已经成为现在供水系统的必然趋势；国家为了发展节能减排项目,大力支持空气源热泵这一环保技术；太阳能是一种洁净的能源，其中太阳能空气源热泵系统根式可以起到节能的目的。
关键词：变频恒压 供水系统 空气源 热泵 太阳能 节能
中图分类号：TK51文献标识码：A 文章编号：
一、变频恒压供水系统的组成：
变频恒压供水系统由抽水系统和加压系统两部分构成，抽水系统是由一台功率为70kw，145A，扬程为150米的深井泵构成的。加压系统由3台功率为30kw，65A，扬程100米的立式离心泵构成。整个系统是采取通用变频器和PLC及压力传感器等部件构成的，以PID为控制算法，由PLC控制变频与工频切换，使4台泵以先起后停的循环工作方法，实现闭环自动调整恒压供水。
变频恒压供水系统的构成及工作原理：
2.1 系统的构成：
图一变频恒压供水系统的工作原理
如图1所示，整个系统由一台变频调速器，三台水泵，一个压力传感器，一台PLC和若干辅助部件构成。在三台水泵中，每台泵的出水管都装有手动阀，手动阀是用来维持和调节水量的，三台泵一起相互工作来满足对供水的需要；其中变频器作为供水系统的核心原件，主要是通过对电机频率的改变来实现电机的无极调速，没有波动，稳压的效果和其他各项功能。从图一中可以看出，变频调速恒压供水系统是由执行机构，信号检测，控制系统，人机界面和报警装置等五部分组成的。
执行机构
执行机构由一组水泵组成，它起到将水供入用户管网的用处。水泵分为两种类型：调速泵：调速泵受变频调速器的控制，可进行频率变化的调整，它根据对用水量变化的控制，从而来改变电机转速的大小，并且保证管网的水压恒定。恒速泵：恒速泵的水泵只在工频状态中速度恒定的运行。它的作用是当使用的水量逐渐增大但是调速泵不能提供时，对供水进行补充。
信号检测
在系统控制过程中，需要接受检测的信号有自来水出水水压信号和报警信号两种。
水压信号：它反映的是用户管网的水压，是恒压供水系统的主要反馈信号。
报警信号：它反映系统是否能够正常运行，变频器是否存在异常，水泵电机是否出现过载等现象。该信号为开关量信号。
控制系统
一般，控制系统安装在供水控制柜中，由供水控制器（PLC系统），变频器和电控制设备三个部分组成。
供水控制器：是控制整个变频恒压供水系统的核心。它对系统中的工况，压力，报警信号等直接进行采集，分析来自入机接口和通讯接口的数据，对算法进行控制，得出控制执行机构的方案。
变频器：它是对水泵进行转换控制的单元。变频器是一种调频的工具，它可以跟踪供水控制器送来的控制信号来改变调速泵的运行频率，从而来完成对调速泵的转速控制。
电控设备：它是由接触器，保护继电器，转换开关等元件组成的。它起到的作用是：在供水控制器的控制下对水泵进行切换。
人机界面
人机界面是人与机器进行信息交流的地方。使用者可以通过人机界面更改设定压力，修改运行情况和设备的工作状态。
报警装置
报警装置在控制系统中是重要的组成部分。本系统可以用于不同的供水范围，所以为了确保系统安全可靠的运行，避免由于电机过载，变频器报警，供水水源中断，泵站内溢水等现象造成的故障，系统必须要对各种报警装置进行检查，以防造成不必要的损失。
2.2 工作原理
当把空气开关合上之后，供水系统就開始运行。把手动开关调到自动上，系统此时进入全自动行驶的状态，在PLC的程序中，PLC首先与KM6接通，变频器开始启动，由压力值（根据管网压力要求设定）与压力实际值（来自于压力传感器）的偏差，进行对PID调节，把输出频率给定信号传送给变频器。变频器将水压保持在压力设定值的上，下限范围之内是根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速来实现的。当变频器在运行频率到达上限时，它会将频率到达信号传递给PLC,而PLC就根据管网压力的上，下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号来判断需不需要启动第2 台泵（或第3台泵）。当变频器的运行频率达到频率上限值并且保持了一段时间时，PLC就会将当前变频运行泵切换成工频的状态运行，同时迅速启动下一台泵变频运行。此时PID会继续分析远传压力表送来的检测信号，对更深一步控制变频器频率的运行做出判断，使得管内压力始终保持在压力设定值的上，下限偏差范围之内。
三、空气源热泵+太阳能的基本结构和工作原理
3.1基本结构
太阳能+空气源热泵采暖系统的结构是：太阳能集热器，辅助热源空气源热泵，低温热水地面辐射末端，智能控制四部分。
3.2工作原理
在太阳光照充分的情况下，太阳能集热器收集太阳能辐射，并把其换成热能，以水作为传、储热的媒介，在满足生活用水的要求下，剩下的多余热量由散热部件（低温热水地面辐射末端）送至室内进行采暖。实现了太阳能零消耗和空气源热泵耗能低的结合。
四、空气源热泵+太阳能系统工作原理及运行方式
4.1系统组成：
该系统是由太阳能集热器，循环泵，储热水箱，换热器和辅助电热器（水箱内置）组成的，其中辅助热源系统包括水侧换热器（水箱内置），空气侧换热器（机组集成），工质循环泵；热泵机组系统包括压缩机，蒸发器，冷凝器等；空调末端系统包括风机盘管，或风机盘管+地板辐射采暖，另外还有运行控制系统。
4.2系统功能：
系统功能包括夏季空调制冷；冬季空调制冷和全天候生活热水三部分。
4.3系统优势：
系统运行稳定有序，使用寿命长，维修费用低；
节省时间，安装快速，管理方便，维护便捷；
操作简单，运行安全性高，自动化程度高；
运行成本低，节能效果明显，投资回报时间短；
4.4工作原理图：
低温空气源热泵模块
图二空气源热泵+太阳能的工作原理
说明：空调换热器1，压缩机2翅片式换热器3热水换热器4风机5蓄能罐6热水末端7太阳能集热器8空调末端9中央智能控制器
4.5运行方式：
（1）恒温进水：集热器中的温度达到45℃的时候，电磁阀自动启动，把机器中的热水挤进储热箱中；当集热器温度低于设定温度时，电磁阀会继续升高，接着再开启，再关闭，通过这样一个往复循环的过程，把太阳能转化为热能，一直到把储热水箱中的水加满了为止。
（2）温差循环：储水箱中的水满了之后，当受到阳光的照射时，集热器中水的温度会继续上升，当集热器中水的温度比8℃高时，循环泵开始工作，系统循环，水箱中的水温继续升高，等到两个水箱的水温接近时，循环泵就停止了工作。这样太阳能得到了充分的利用。
五、太阳能空气源热泵系统的市场前景
在空调产业的发展趋势： 住宅建设规模逐年加大，人们对居住环境的要求越来越高；在用空调的总产量中，热泵型占97%以及我国冬冷夏热地区冬季对采暖的要求。可持续发展方面：没有污染物排放，环保性强。产品自身的特点方面有功能多，能够满足用户不同需求；安装方便，综合投资金额少，使用范围面积广； 自身利用太阳能，运行费用低；性能比较稳定，容易管理和维护等优点。
结 语：综上所述，变频恒压供水系统，空气源热泵和太阳能节能技术具有环保，绿色，节能等优点，在工作上不仅可以节约人力，还可以节约能源。对日常的生活和国民发展起到了十分关键的作用，给我们的生活带来了更多的便捷。目前，在对供水热泵和太阳能的研究设计中还存在不足，其具有的功能潜力无限，有待我们做进一步的挖掘。这就需要每一位工作人员的不断发现和创新，使其能被更好地用于生活，生产实践中。
参考文献
[1]刘大可.空气源热泵辅助太阳能热水系统在河南省的应用分析[J]河南科技，2012
[2]张泽伟、谢兴华.变频器在恒压供水系统中的应用[J]自动化技术与应用，2002（04）
[3]王涛.PLC及变频技术实现的恒压供水系统[J]自动化博览，2004（06）
[4]张慧婷、宋秋.太阳能建筑技术在城市住宅中的应用[J]建筑，2003（05）
[5]王少南.太阳能建筑技术在国内外的发展[J]新型建筑材料，2006（10）
[6]王长庆、吴青前.空气源热泵结霜工况数学模型的建立和理论求解[J]暖通空间，2002（06）
关键词：变频恒压 供水系统 空气源 热泵 太阳能 节能
中图分类号：TK51文献标识码：A 文章编号：
一、变频恒压供水系统的组成：
变频恒压供水系统由抽水系统和加压系统两部分构成，抽水系统是由一台功率为70kw，145A，扬程为150米的深井泵构成的。加压系统由3台功率为30kw，65A，扬程100米的立式离心泵构成。整个系统是采取通用变频器和PLC及压力传感器等部件构成的，以PID为控制算法，由PLC控制变频与工频切换，使4台泵以先起后停的循环工作方法，实现闭环自动调整恒压供水。
变频恒压供水系统的构成及工作原理：
2.1 系统的构成：
图一变频恒压供水系统的工作原理
如图1所示，整个系统由一台变频调速器，三台水泵，一个压力传感器，一台PLC和若干辅助部件构成。在三台水泵中，每台泵的出水管都装有手动阀，手动阀是用来维持和调节水量的，三台泵一起相互工作来满足对供水的需要；其中变频器作为供水系统的核心原件，主要是通过对电机频率的改变来实现电机的无极调速，没有波动，稳压的效果和其他各项功能。从图一中可以看出，变频调速恒压供水系统是由执行机构，信号检测，控制系统，人机界面和报警装置等五部分组成的。
执行机构
执行机构由一组水泵组成，它起到将水供入用户管网的用处。水泵分为两种类型：调速泵：调速泵受变频调速器的控制，可进行频率变化的调整，它根据对用水量变化的控制，从而来改变电机转速的大小，并且保证管网的水压恒定。恒速泵：恒速泵的水泵只在工频状态中速度恒定的运行。它的作用是当使用的水量逐渐增大但是调速泵不能提供时，对供水进行补充。
信号检测
在系统控制过程中，需要接受检测的信号有自来水出水水压信号和报警信号两种。
水压信号：它反映的是用户管网的水压，是恒压供水系统的主要反馈信号。
报警信号：它反映系统是否能够正常运行，变频器是否存在异常，水泵电机是否出现过载等现象。该信号为开关量信号。
控制系统
一般，控制系统安装在供水控制柜中，由供水控制器（PLC系统），变频器和电控制设备三个部分组成。
供水控制器：是控制整个变频恒压供水系统的核心。它对系统中的工况，压力，报警信号等直接进行采集，分析来自入机接口和通讯接口的数据，对算法进行控制，得出控制执行机构的方案。
变频器：它是对水泵进行转换控制的单元。变频器是一种调频的工具，它可以跟踪供水控制器送来的控制信号来改变调速泵的运行频率，从而来完成对调速泵的转速控制。
电控设备：它是由接触器，保护继电器，转换开关等元件组成的。它起到的作用是：在供水控制器的控制下对水泵进行切换。
人机界面
人机界面是人与机器进行信息交流的地方。使用者可以通过人机界面更改设定压力，修改运行情况和设备的工作状态。
报警装置
报警装置在控制系统中是重要的组成部分。本系统可以用于不同的供水范围，所以为了确保系统安全可靠的运行，避免由于电机过载，变频器报警，供水水源中断，泵站内溢水等现象造成的故障，系统必须要对各种报警装置进行检查，以防造成不必要的损失。
2.2 工作原理
当把空气开关合上之后，供水系统就開始运行。把手动开关调到自动上，系统此时进入全自动行驶的状态，在PLC的程序中，PLC首先与KM6接通，变频器开始启动，由压力值（根据管网压力要求设定）与压力实际值（来自于压力传感器）的偏差，进行对PID调节，把输出频率给定信号传送给变频器。变频器将水压保持在压力设定值的上，下限范围之内是根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速来实现的。当变频器在运行频率到达上限时，它会将频率到达信号传递给PLC,而PLC就根据管网压力的上，下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号来判断需不需要启动第2 台泵（或第3台泵）。当变频器的运行频率达到频率上限值并且保持了一段时间时，PLC就会将当前变频运行泵切换成工频的状态运行，同时迅速启动下一台泵变频运行。此时PID会继续分析远传压力表送来的检测信号，对更深一步控制变频器频率的运行做出判断，使得管内压力始终保持在压力设定值的上，下限偏差范围之内。
三、空气源热泵+太阳能的基本结构和工作原理
3.1基本结构
太阳能+空气源热泵采暖系统的结构是：太阳能集热器，辅助热源空气源热泵，低温热水地面辐射末端，智能控制四部分。
3.2工作原理
在太阳光照充分的情况下，太阳能集热器收集太阳能辐射，并把其换成热能，以水作为传、储热的媒介，在满足生活用水的要求下，剩下的多余热量由散热部件（低温热水地面辐射末端）送至室内进行采暖。实现了太阳能零消耗和空气源热泵耗能低的结合。
四、空气源热泵+太阳能系统工作原理及运行方式
4.1系统组成：
该系统是由太阳能集热器，循环泵，储热水箱，换热器和辅助电热器（水箱内置）组成的，其中辅助热源系统包括水侧换热器（水箱内置），空气侧换热器（机组集成），工质循环泵；热泵机组系统包括压缩机，蒸发器，冷凝器等；空调末端系统包括风机盘管，或风机盘管+地板辐射采暖，另外还有运行控制系统。
4.2系统功能：
系统功能包括夏季空调制冷；冬季空调制冷和全天候生活热水三部分。
4.3系统优势：
系统运行稳定有序，使用寿命长，维修费用低；
节省时间，安装快速，管理方便，维护便捷；
操作简单，运行安全性高，自动化程度高；
运行成本低，节能效果明显，投资回报时间短；
4.4工作原理图：
低温空气源热泵模块
图二空气源热泵+太阳能的工作原理
说明：空调换热器1，压缩机2翅片式换热器3热水换热器4风机5蓄能罐6热水末端7太阳能集热器8空调末端9中央智能控制器
4.5运行方式：
（1）恒温进水：集热器中的温度达到45℃的时候，电磁阀自动启动，把机器中的热水挤进储热箱中；当集热器温度低于设定温度时，电磁阀会继续升高，接着再开启，再关闭，通过这样一个往复循环的过程，把太阳能转化为热能，一直到把储热水箱中的水加满了为止。
（2）温差循环：储水箱中的水满了之后，当受到阳光的照射时，集热器中水的温度会继续上升，当集热器中水的温度比8℃高时，循环泵开始工作，系统循环，水箱中的水温继续升高，等到两个水箱的水温接近时，循环泵就停止了工作。这样太阳能得到了充分的利用。
五、太阳能空气源热泵系统的市场前景
在空调产业的发展趋势： 住宅建设规模逐年加大，人们对居住环境的要求越来越高；在用空调的总产量中，热泵型占97%以及我国冬冷夏热地区冬季对采暖的要求。可持续发展方面：没有污染物排放，环保性强。产品自身的特点方面有功能多，能够满足用户不同需求；安装方便，综合投资金额少，使用范围面积广； 自身利用太阳能，运行费用低；性能比较稳定，容易管理和维护等优点。
结 语：综上所述，变频恒压供水系统，空气源热泵和太阳能节能技术具有环保，绿色，节能等优点，在工作上不仅可以节约人力，还可以节约能源。对日常的生活和国民发展起到了十分关键的作用，给我们的生活带来了更多的便捷。目前，在对供水热泵和太阳能的研究设计中还存在不足，其具有的功能潜力无限，有待我们做进一步的挖掘。这就需要每一位工作人员的不断发现和创新，使其能被更好地用于生活，生产实践中。
参考文献
[1]刘大可.空气源热泵辅助太阳能热水系统在河南省的应用分析[J]河南科技，2012
[2]张泽伟、谢兴华.变频器在恒压供水系统中的应用[J]自动化技术与应用，2002（04）
[3]王涛.PLC及变频技术实现的恒压供水系统[J]自动化博览，2004（06）
[4]张慧婷、宋秋.太阳能建筑技术在城市住宅中的应用[J]建筑，2003（05）
[5]王少南.太阳能建筑技术在国内外的发展[J]新型建筑材料，2006（10）
[6]王长庆、吴青前.空气源热泵结霜工况数学模型的建立和理论求解[J]暖通空间，2002（06）