[发明专利]一种水源热泵全年高效运行的优化控制方法

说明书

大中型能源站采用水源热泵的项目不少，水源热泵运行能耗优于空气源热泵，投资小于地源热泵。在地表水水质较好的情况下，通过控制水温、水质能够实现全年冷热源的高效运行和生活热水的制取。长三角地表水水温全年波动范围宽，但绝大部分时间段处于热泵高效工作区。解决好地表水的水质与水处理运行能耗的平衡，充分利用蓄冷储热，实现水源热泵的柔性运行，用电低谷时的错峰运行，用电高峰时的让电节能运行，接受电网调控，装有光伏时采用相应容量的直流电机，就地就近直接低损耗地消纳可再生能源发电。从能源的角度把水、暖、电有机结合起来，通过巧妙控制设备优化组合实现全年的优化运行。转变设计理念，关注设备额定能效上升到创造设备有利的工作条件，用柔性智慧取代保守僵化，用物理分析取代死套规范，用减少碳排放取代追求绿建条款。

技术领域

机房群控需要暖通和自控专业紧密配合，需要改变当下重物轻人的高碳理念。能源站设有蓄冷储热系统时可以水箱与主机同时供能、主机一边供能一边蓄能、水箱单独供能、蓄能等多种运行方式。好的组合方式可助力机房高效，充分发挥储能的优势。简单地釆用7～12°C供冷和40～45°C供热不节能。根据末端用能情况特别是除湿要求变水温运行可大大提高机组能效。

背景技术

随着可再生能源特别是光伏电力比重的増加，蓄冷储热不再是利用低谷电力和调峰填谷，主机用电量大，在储能的帮助下实现柔性用电，接受电网调度，能产生更大的经济和社会效益。机房群控常采用白箱模型和数据驱动。水源热泵机房采用江（河）水时，源水的水温日变化小于1°C，机组运行的可控性强，采用白箱模型为主，结合运行数据微调控制策略，可实现全年高效运行。

发明内容

冷水机组COP与冷冻水的流量和进出蒸发器的温度、冷却水的流量和进出冷凝器的温度相关。低的冷却水水温和高的冷冻水温有助于提高机组能效。以下表1-表3是某磁悬浮离心冷水机组的运行参数。

表1: 冷水机组定流量，变回水温度运行参数（冷冻水出水温度7°C 、8°C）

表2: 冷水机组定温差变流量运行参数（冷冻水6-12°C、7-12°C）

表3: 冷水机组定温差变流量运行参数（冷冻水8-13°C、9-14°C）

分析上表可以得出：负荷率大于50%时，温度对COP的影响要远大于流量对COP的影响。源水要经过水处理，对COP影响较小的情况下减小源水流量，可以降低水头损失，砂滤的效果好，在节能的同时获得更好的水质。负载率大于50%时，控制源水泵的频率，水处理的流量与机组的出力成正比。负载率小于50%时，冷却水的流量按照50%负载率5°C温差对应的流量运行，此时机组的制冷COP提高了，但源水泵浪费了一部分能量。蒸发侧的冷冻水有同样的问题，在负载率大于50%时，冷冻水按照5°C温差，流量与机组的出力成正比。机组在负载率小于50%时，机组的COP在增加，但冷冻水的温差会小于5°C。冷冻水的温差是由末端换热设备决定的，冷水机组负载率不足50%反映了末端的负荷不大。此时，可以提高冷水机组的出口温度，进一步提高冷水机组的COP。

表4: 离心热泵机组制热工况（源水温度9°C、10°C）

表5: 离心热泵机组制热工况（源水温度4.5~7°C）

分析表4和表5的数据，可以看出机组满载工作时制热COP高，源水低温时需要加大机组蒸发器流量。下面结合附图1水源热泵机房系统图具体说明。

本发明的技术解决方案如下：

1 冷水机组制冷COP高于热泵机组COP，制冷时优先使用，当负荷较大不能满足要求时，蓄冷水箱联合供冷。冬季热泵机组与蓄能水池协同制热与供热。