一、概述
國家體育場（“鳥巢”）為2008年第29屆奧林匹克運(yùn)動會的主體育場，是奧運(yùn)會場館的代表，它在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中所體現(xiàn)的“綠色奧運(yùn)””科技奧運(yùn)”理念，場館和相關(guān)設(shè)施嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在可再生能源與新能源利用、建筑節(jié)能、水資源保護(hù)和利用等方面采取了一系列有力措施。
“鳥巢”在設(shè)計(jì)中包含了一套規(guī)模很大的雨水深度處理回用系統(tǒng)，體育場內(nèi)70%的供水由回用水代替，其中23%來自系統(tǒng)處理后的雨水；更引人注目的是，“鳥巢”使用了地源熱泵，從土壤中吸收能量，用于補(bǔ)償體育場空調(diào)系統(tǒng)等。地源熱泵是一種使用可再生能源、節(jié)能、環(huán)保的系統(tǒng)，通過地埋換熱管，冬季吸收土壤中蘊(yùn)含的熱量為“鳥巢”供熱，夏季吸收土壤中存貯的冷量向“鳥巢”供冷。
二、地源熱泵空調(diào)簡介
地源熱泵機(jī)組是一種利用再生能源的高效節(jié)能、無污染的既可供暖又可制冷的新型水冷式空調(diào)機(jī)組，由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置和其它制冷附件組成，是一種可以全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備。地水源熱泵利用地能或淺水層一年四季溫度穩(wěn)定的特性，冬季把地能作為熱泵供暖的熱源，把高于環(huán)境溫度的地能中的熱能取出來供給室內(nèi)采暖；夏季把地能作為空調(diào)的冷源，通過能量轉(zhuǎn)換地下熱源轉(zhuǎn)換成冷源。其原理是通過極少量的電能，實(shí)現(xiàn)能量的搬運(yùn)轉(zhuǎn)移。
由于于地下的溫度在恒定在10—25度的，地源熱泵機(jī)組的工況優(yōu)于傳統(tǒng)的空調(diào)的工況所以它能夠更輕松的達(dá)到室內(nèi)的溫度要求和效果，所以地源熱泵機(jī)組的能效比更高。因此，地源熱泵空調(diào)更節(jié)能。
三、系統(tǒng)描述
國家體育場（“鳥巢”）為2008年第29屆奧林匹克運(yùn)動會的主體育場，地下3層，地上7層, 國家體育場地源熱泵大型中央空調(diào)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為14533kw，采用地源熱泵和冰蓄冷結(jié)合的形式。鳥巢地源熱泵中央空調(diào)采用采用煙臺冰輪和頓漢布什的制冷設(shè)備及系統(tǒng)，其電氣控制主要采用施耐德的Micro 和Twido PLC，以及XBTGT觸摸屏。
“鳥巢”地源熱泵大型中央空調(diào)系統(tǒng)包含地源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)和兩臺全封螺桿地源熱泵機(jī)組。
四、電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與構(gòu)成
控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如上圖所示，為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
地源熱泵機(jī)組選用Twido系列 PLC TWDLCAA40DRF及擴(kuò)展模塊，它本身所帶的一個通訊口和XBTGT觸摸屏相連。可以根據(jù)來自源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)的給定信號進(jìn)行啟/停和能量自動調(diào)節(jié)，控制程序據(jù)負(fù)荷變化及變化率自動控制滑閥上載卸載，實(shí)現(xiàn)制冷能量無級調(diào)節(jié)，最大限度降低設(shè)備能耗。通過人機(jī)界面可以設(shè)定壓縮機(jī)的工作方式和運(yùn)行參數(shù)，檢查壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況，查看機(jī)組故障情況等。每一個PLC擴(kuò)展一個通訊口，做MODBUS從站，連在MODBUS總線上，實(shí)現(xiàn)和源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC的通訊。
源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC選用MICRO系列PLC TSX3721001。MICRO系列PLC的通訊功能非常強(qiáng)大，支持MODBUS，UN-TELWAY，以太網(wǎng)TCP/IP等多種通訊協(xié)議。控制系統(tǒng)完成制冷系統(tǒng)及相應(yīng)循環(huán)水系統(tǒng)的控制，如制冷/制熱模式切換，對冷媒水供水和回水的溫度及壓力，冷卻水供水和回水的溫度及壓力，冷卻水泵，冷媒水泵等的監(jiān)控，系統(tǒng)PLC擴(kuò)展一個TSXSCP114通信卡，做MODBUS主站，通過MODBUS網(wǎng)絡(luò)和Twido PLC通訊，自動控兩臺制地源熱泵機(jī)組開停，使空調(diào)系統(tǒng)按程序高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)。
MICRO PLC TSX3721本身帶兩個通訊口，其中一個通信口和觸摸屏連接，另外一個通信口和施耐德工業(yè)以太網(wǎng)模塊TSXETZ410相連。TSXETZ410模塊在此起到一個網(wǎng)橋作用，一端通過系統(tǒng)PLC交換數(shù)據(jù)，另一端通過TCP/IP以太網(wǎng)聯(lián)接到鳥巢建筑智能系統(tǒng)上，從鳥巢建筑智能系統(tǒng)可以監(jiān)控整個地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
地源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)控制柜的PLC為Micro系列, 配置為： CPU:TSX3721101+2塊TSXAEZ801+2塊TSXDMZ28DR+TSXDEZ32D2+TSXSCP114通訊卡+以太網(wǎng)模塊TSXETZ410
地源熱泵機(jī)組制冷工況冷水設(shè)計(jì)溫度為5/13度，制熱工況熱水設(shè)計(jì)供回水溫度為55/50度。地下熱源部分，冬季的設(shè)計(jì)供回水溫度為5-2度，夏季為27/32度。每臺壓縮機(jī)制冷機(jī)組包含2臺壓縮機(jī)，共有一個制冷回路，由Twido PLC 核心進(jìn)行控制的，通過數(shù)字量模塊和模擬量模塊采集傳感器信號，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)荷狀況實(shí)現(xiàn)自動能量調(diào)節(jié)。配置為：TWDLCAA40DRF+TWDDRA8RT+6塊TWDAMI2HT+TWDNAC485D+觸摸屏XBTGT2110
五、結(jié)束語
地源熱泵等環(huán)保節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，在奧運(yùn)場館中的成功應(yīng)用，緊扣“綠色奧運(yùn)”、“科技奧運(yùn)”的主題，會促進(jìn)在各個領(lǐng)域中充分推廣利用。在國家體育場地源熱泵大型中央空調(diào)系統(tǒng)中，使用了施耐德Micro 和Twido 序列PLC和XBTGT觸摸屏,除了實(shí)現(xiàn)各工藝控制功能，網(wǎng)絡(luò)通訊靈活且實(shí)現(xiàn)方便，具有開放的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)等是一大亮點(diǎn)，提高整個系統(tǒng)的性能，降低了操作維護(hù)成本。
