能源和环境问题是本世纪最具挑战的两个重大问题，提高能源利用效率、发展低碳经济是当今世界实现可持续发展的必然选择。经济、能源与环境的协调发展，也是实现我国现代化和可持续发展目标的重要前提。在我国西南地区，不同学校对学生宿舍的空调与热水系统，采用了如分散式空调系统结合集中空气源热泵制取热水的办法；或者大部分未安装空调，但采用宿舍电热水器制取热水的办法；或者采用集中式空气源热泵制冷与制热的空调，集中空气源热泵制取热水系统；还有部分学校宿舍采用电热锅炉集中制取热水等方式。本论文课题以学生宿舍空调与热水系统为研究对象，研究学生宿舍采用多源热泵机组集中制冷与制热，同时回收冷凝热，再辅助太阳能热源制取热水，并且为多源热泵机组设计控制系统，也为多源暖通空调系统设计控制系统，进行学生宿舍半集中式空调与热水系统研究。本论文中的多源热泵机组主要为双源，即主要为空气源、水源为热泵机组提供低品位能源（本论文主要研究自来水水源，其他水源可以用地下水、污水等替代自来水水源），太阳能为多能源应用基础，进行多源热泵机组应用到学生宿舍空调与热水的控制系统研究。
1 多源热泵机组系统设计
1.1 多源热泵机组设计
多源热泵机组主要由压缩机、2 个水源换热器、1 个翅片式换热器、四通换向阀、2 个电子膨胀阀、铜管设备等组成。多源热泵机组热泵机组中的制冷剂采用R22, 在夏季工作条件下，制冷剂在压缩机中被压缩成高温高压的制冷剂气体，流经四通换向阀，制冷剂流经3、4，制冷剂可向水与空气同时放热，被冷凝成高温高压的液态制冷剂，流经电子膨胀阀进行节流，降温降压后的制冷剂液体流经7 吸收载冷剂水的热量，被蒸发为低温低压的气态制冷剂，再流经四通换向阀2，通过气液分离器8 返回到压缩机。在冬季工作条件下，制冷剂在压缩机中被压缩成高温高压的制冷剂气体，流经四通换向阀，制冷剂流经7，制冷剂可向水放热，被冷凝成高温高压的液态制冷剂，流经电子膨胀阀进行节流，降温降压后的制冷剂液体流经3、4吸收水与空气的热量，被蒸发为低温低压的气态制冷剂，再流经四通换向阀2，通过气液分离器8 返回到压缩机。多源热泵机组制冷剂循环原理图如下：

1.2 多源热泵机组暖通空调系统设计
学生宿舍采用多源热泵机组作为空调与热水系统的冷热源，同时采用太阳能辅助制取洗浴用热水。在夏季，如图2 所示，多源热泵机组在3 将冷凝热量释放给洗浴热水，多余热量则通过翅片式换热器4 排放，同时由热泵机组水源换热器7 制取空调所需的冷冻水。学生宿舍用的空调冷冻水通过保温储水箱进行储存，通过储水箱、水泵、室内风机盘管、空调水系统管道进行循环，为学生宿舍集中供应室内风机盘管用冷冻水，从而达到制冷效果。在夏季，不仅太阳能集热器能够制取大量热水，多源热泵机组也制取了大量洗浴用热水，同时储存在太阳能水箱与洗浴热水水箱，学生用的洗浴热水则通过洗浴热水储水箱、水泵、热水管道为学生提供洗浴用热水。
在冬季，如图3 所示，多源热泵机组在7 将冷凝热量释放给空调热水，空调水箱与洗浴热水水箱连通，可供空调用热水与学生洗浴用热水，同时由热泵机组水源换热器3、4 同时吸收太阳能水箱中的水源热与空气热，提高在冬季制热模式的能效比。学生宿舍用的空调热水通过保温储水箱进行储存，再通过储水箱、水泵、室内风机盘管、空调水系统管道进行循环，为学生宿舍集中供应室内风机盘管用热水，从而达到制热的效果。在冬季，太阳能集热器能够制取少量热水，为多源热泵机组制取空调热水与洗浴用热水提供低品位能源，当空气温度较低时则不采用翅片式换热器4进行制热，如果空气温度不太低，则可以同时辅助制热。
2 多源暖通空调热泵机组控制系统设计
多源热泵机组系统的控制方案的设计采用可视化上位机和下位机协同工作实现。以在冬季为例，控制系统在实现全天候的持续供暖前提下，考虑省电和能源的回收利用，在太阳能水源（本系统采用太阳能水源，其他系统可采用自来水、地下水、污水等水源）温度较高时，控制系统开启单水源模式进行制热；当空气温度和太阳能水温都较低时开启双源工作模式。自动控制系统需要监测作为蒸发器的水源换热器排气口的制冷剂温度来调节制冷剂管路系统节流机构电子膨胀阀的开度。同时，整个多源热泵机组还需要采集压缩机进出口的制冷剂温度、作为冷凝器的水源换热器的制冷剂出口的温度、作为蒸发器的水源换热器的制冷剂出口的温度、进出多源热泵机组的换热介质水的温度等，温度传感器进行各个位置的温度值采集，采集到的数据经由总处理器进行算法处理，最后将处理的有效数据反馈给热泵系统，调节各个动作启动、关闭、调节，实现宿舍空调系统与洗浴热水系统正常供应。
控制系统由上位机、下位机、驱动器、温度和水位检测模块、电源管理单元、JTAG 调试接口、LAN 总线通信口、液晶触摸显示屏等组成。上位机采用工控PC 机，下位机采用单片机ARMCortex-M3 的STM32 作为主处理器结合相关电器元件按照总线技术规范布局如图4 所示。STM32 的主要特点有具有较强的事务管理能力，其主要有点体现在总体控制上；下位机控制器采用主从式双CPU 设计，STM32 作为系统的主控芯片，主要是对系统的关键节点的地方的温度和压力采集、AD 转换、继电器控制、电子膨胀阀驱动等，并以太网通信、界面管理以及完成整个系统的控制和流程操作。上位机配备专用控制软件，包括各类设置信息、调试信息、三维场景再现、虚拟样机同步显示等。

图4 控制计算机电气接线图

图5 模拟控制系统图
3 多源暖通空调系统控制技术应用
多源暖通空调系统是由太阳能集热器、储热水箱、双源热泵（蒸发器、压缩机、冷凝器、节流机构）保温水箱、控制阀等组成。为了实现夏季的空调系统制冷、学生宿舍热水供应， 对多源暖通空调系统控制技术的应用可以实现整个系统的正常运行，数据监测，系统调试等，如图5 模拟控制系统图。在整个多源暖通空调系统中，通过中央控制系统实现生活热水、空调供应。
在较强太阳辐射下，太阳能集热器吸收太阳能加热集热器中的水，然后让水流入太阳能集热水箱和洗浴水箱中，当集热水箱和洗浴水箱中的水温在规定的时段内达到设定值时，只使用太阳能源即可为用户提供热水。在较弱太阳辐射下，太阳能集热器依然吸收太阳能加热集热器中的水，再流入集热水箱和洗浴水箱，但是，在规定的时段内集热水箱和洗浴水箱中的水温若达不到设定的温度值，此时可启动双源热泵机组，循环进行系统热水制备。在没有太阳辐射的情况下，可直接启动双源热泵，使洗浴水箱水温达到规定值。当然，此双源系统还根据外部环境及箱内水位高度，设计了防冻循环系统及自动补水系统。
整个多源暖通空调控制系统的控制原理通过各位置的温度传感器对不同温度的监测，主控制器进行整个系统的调试与控制，在学生宿舍空调与洗浴热水系统中得到较好应用。当系统开始运行时，系统会实时动态收集房间内的温度变化、湿度变化数据和记忆住户在房间内的活动规律，所有的数据将反馈到主机的智能系统。通过科学的数据分析、处理，计算出系统在一天中每一个时段需要供给每个房间的热量、冷量和生活热水，从而远程自动控制阀门的开关，实现各个模式或组合运行或单独运行。
4 结束语
多源暖通空调技术在西南科技大学城市学院学生宿舍得到较好应用，解决学生宿舍的空调与热水需求，而多源暖通空调控制技术在前期研发与应用方面起到了较好地系统调节与运行管理作用。
多源暖通空调控制技术不仅实现了多源热泵机组的控制与调节，还实现整个空调与热水系统的控制与管理，监测同学们空调与热水使用能耗情况。多源暖通空调控制技术将应用到更多需要进行节能改造的建筑项目中。同时，该控制技术也将持续改进，促使系统能够平稳运行，到达更好的节能效果。