[发明专利]一种地源热泵机组建模仿真方法

说明书

本发明公开了一种地源热泵机组建模仿真方法，该方法充分考虑了地源热泵机组在部分负荷下运行时对其运行能耗的影响。当运用此地源热泵数学模型进行仿真模拟时，得出此模型能够正确反应热泵机组在变工况运行时性能的变化规律，即：当机组部分负荷率逐渐增大时，机组COP呈现先增大后减小的趋势；当蒸发器侧流量或者冷凝器侧流量增大时，机组COP增大，相反则减小；在制冷模式下，当蒸发器出水水温升高、冷凝器侧回水水温降低时，机组COP增大，相反，机组COP则减小。应用此模型在TRNSYS仿真平台上建立了地埋管地源热泵系统，通过对其仿真模拟，得出：当地源侧采用变流量运行时，可以节省整个空调系统的运行能耗。

技术领域

本发明涉及地源热泵，尤其涉及一种地源热泵机组建模仿真方法。

背景技术

TRNSYS的全称为Transient System Simulation Program，是由美国威斯康星大学太阳能实验室开发的一款瞬时系统模拟程序，近年来，在暖通空调系统运行优化与节能方面以得到了较为广泛的应用。在利用TRNSYS对地埋管地源热泵系统进行变流量仿真模拟时，发现TRNSYS提供的地源热泵机组模块Type927存在一些缺陷，而这些缺陷将对仿真结果的准确度造成影响。其缺陷主要有以下两点；

1)机组负荷侧出口水温不能设置为定值，如制冷时设定为7℃，制热时设定为45℃。热泵机组在实际运行过程中，只要建筑冷热负荷在其制冷或制热能力范围内，热泵机组负荷侧出口水温都能很好的保持在设定的温度。而Type927不但不能保持出口温度恒定，而且当机组部分负荷率发生变化时，负荷侧出口水温的波动很大。在制冷模式下，当热泵机组冷凝器侧回水水温不变、冷凝器侧流量不变、机组部分负荷率逐渐增大时，Type927的模拟结果如图1所示。由图1可知，当机组部分负荷率为0.25时，蒸发器侧出口水温为 -391.75℃，这是非常不合情理的。

2)未考虑热泵机组在部分负荷下运行对其性能的影响。一般而言，机组COP随着部分负荷率的增大呈现先增大后减小的趋势。由图1可知，随着部分负荷率的逐渐增大，Type927模拟结果显示：当负荷率小于0.85时，机组COP几乎不随负荷率的变化而发生改变，当负荷率大于0.85时，机组COP随负荷率的增大而急剧增加。因此，Type927在部分负荷下运行的情况与实际运行情况不符。

为了克服Type927在模拟地源热泵系统时出现的不足，增加仿真模拟的准确度，有必要研究一种新的符合实际运行情况的地源热泵机组建模仿真方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种符合实际运行工况的、能被应用于地源热泵负荷侧、地源侧变流量仿真研究的地源热泵机组建模仿真方法。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地源热泵机组建模仿真方法，具体步骤如下：

步骤一：参数和变量的定义：统计整体模型中的变量和参数并分别命名和标识；

步骤二：根据蒸发器侧水流量M_e、蒸发器侧出水水温T_co，蒸发器侧回水水温T_ei，冷凝器侧水流量M_c、冷凝器侧回水水温T_ci，来建立适用于部分负荷下运行的地源热泵机组的数学模型；从而计算得出热泵机组当前需要的制冷量Q、热泵机组满负荷下制冷量CAP_max、热泵机组所需的输入功率P、冷凝器侧出水水温T_co和热泵机组COP值；

步骤三：根据步骤二的数学模型在仿真平台上开发地源热泵机组仿真模块；

步骤四：在仿真平台上利用步骤三开发的热泵机组仿真模块，进行仿真模拟。

其中部分负荷是空调的负荷在10％到100％区间内。

进一步地，所述步骤二中热泵机组所需的输入功率P的计算步骤如下：