[发明专利]一种基于节能的确定空气源热泵地暖最佳运行工况的方法

说明书

技术领域

本发明属于控制技术领域，涉及一种基于节能的确定空气源热泵地暖最佳运行工况的方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，家用地暖的需求越来越大，而由于家用地暖需要较多的能耗，因此如何降低能耗并保持一定的舒适性十分重要。随着能源的短缺、国家节能减排政策的落实，开发和利用可再生能源是节能降耗的重要途径。空气源热泵可以从空气中吸收热量，利用一份的电能生产出多分的热量而得到越来越多的应用。将空气源热泵应用于地暖领域，不仅有利于实现用户的节能减排，而且运行成本更低，是一种非常有前景的地暖方法。

空气源热泵利用蒸汽压缩式制冷原理，制冷工质在蒸发器内温度低于外界环境空气温度，其蒸发器从空气中吸收热量，经过压缩机压缩，高温工质进入冷凝器，在冷凝器中将热量传递给外界循环水。循环水通过地热管道将热量传递给地板，进而传递给室内空气，使得室内空气保持在比较舒适的温度。空气源热泵技术制取热水，运行效率高，机组的能效比COP在标准工况（室外干球温度20℃，湿球温度15℃，初始水温15℃，终止水温55℃）时可达3.0 以上。即使在冬季日平均气温下，空气源热泵机组的能效比COP也可以达到2.0 左右，而随室外气温的升高制热效率也更高。用热泵技术制取热水不受天气的影响，可利用低价电夜间制取热水，大大降低运行成本。

由于空气源热泵的性能参数-能效比与环境温度和水循环的进出口温度有关，因此在不同的环境温度和不同房间温度要求下，热泵的能耗与输出功率不同。而且热泵制备的热水通过地暖管道和循环泵进行水路循环，地暖管道通过热传递的方式将热量传递给房间空气，保持房间空气的舒适性。地暖管道与房间的热传递系数与管材、地板和空气参数有关外，还与管道内热水的流速有关，而流速与循环水泵的功耗有关。因此，在保持房间温度一定的情况下，总的运行能耗与热泵地暖的进出口水温、循环水的流量相关。为了实现降低运行成本、节能减排的目标，就需要确定在不同环境温度下，最佳的热泵地暖系统的进出口水温和循环水的流量。以往的热泵地暖系统一般采用两种运行方式。1）热泵系统按照额定功率运行，调节热泵的启停控制来确保房间温度。2）循环水泵运行在额定工况，通过调节热泵功率和给水阀门实现房间温度的恒定。这两种方式均不够节能，造成能源的浪费。

发明内容

本发明的目的就是提供一种空气源热泵地暖的最佳运行策略，根据环境温度等条件计算热泵地暖系统的进出口温度以及循环水量。使得系统运行在最佳的工作点，从而降低系统的运行能耗，达到降低运行成本，节能减排的目的。本发明方法考虑到环境温度和供水温度、循环水质量流量对系统的影响，可实时的确定热泵运行频率，水循环进出口温度和循环水的质量流量，使得系统运行在最佳的工况。

本发明包括以下步骤：

步骤1.建立地暖供热的热平衡的模型。房间的散热损失可表示为：

                                   （1）

表示房间的平均传热系数，表示房间的传热面积，表示房间平均温度与环境温度的温差，表示房间内部平均温度，表示环境温度。表示房间单位时间的散热损失。

地暖系统供给房间的热量表示为： 

                     （2）

表示单位时间内房间的吸热量。表示地暖通过地板与房间空气的换热系数，表示地暖与房间的换热面积，表示房间平均温度与热泵循环水系统平均温度的温差。表示热泵系统的出水温度，也是地暖管道的入口水温，表示热泵系统的进水温度，也是地暖管道的回水温度。

地暖循环水的单位时间热量损失为：

                                       （3）

其中表示水的质量比热容，表示水循环质量流量。

要保持房间温度不变，房间的散热损失和从热泵系统得到的热量应该相等，又应该等于热泵的输出热量。因此，必然满足：

                                           （4）

热泵地暖系统与房间的换热系数除了与换热介质有关外，还与供水循环系统的水的流量有关系，随着流量增大，换热系数增大，并存在增加变缓趋势。因此在一定的流量范围满足：

                                 （5）

这里表示水循环的质量流量，单位为kg/s，表示大于1的数，和表示结构系数。

步骤2.建立热泵的能效比和功耗模型。

热泵的性能采用能效比COP来表示。具体形式为：