[發明專利]一種水源熱泵節能優化控制方法

有效

• 申請號: 201010565534.0
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102003772A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 戎向陽;王磊;高慶龍
• 申請（專利權）人: 中國建筑西南設計研究院有限公司
• 主分類號: F24F11/00
• 分類號: F24F11/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉凱;徐宏

1.一種水源熱泵節能優化控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)利用PID局部控制模塊中的DDC控制器采集水源熱泵系統運行時的無法控制變量和可控變量，包括：

e：負荷側二次水環路阻力

DP_LP：負荷側二次環路壓差

V_LP，ChW：負荷側二次環路水體積流量

η_SPMP：負荷側二次泵綜合效率

H_PPMP：負荷側一次泵揚程

η_PPMP：負荷側一次泵綜合效率

T_{CHLR，ChW，S}：負荷側供水溫度

T_{CHLR，CW，S}：負荷側回水溫度

V_{CHLR，CW，per}每臺主機水源水流量

V_{CHLR，ChW，per}每臺主機負荷側水流量

N_CHLR：運行主機臺數

c0，c1，c2，c3：水源熱泵主機模型回歸參數

T_WB：空氣濕球溫度

T_DB：空氣干球溫度

T_River：水源側水溫

H_CWPMP：水源側水泵揚程

η_CWPMP：水源側水泵綜合效率

(2)將上述實時采集的變量儲存在數據庫中；

(3)基于模型的優化控制策略模塊建立了水源熱泵機組模型、負荷側水泵模型和水源側水泵模型，利用上述模型對水源熱泵系統綜合能耗進行計算，其總能耗采用下面公式：

P_Sysrem＝P_SourcePump+P_HeatPump+P_LoadPump

式中：

P_System：系統總能耗

P_SourcePump：水源側水泵總能耗

P_HeatPump：水源熱泵機組總能耗

P_Loadpump：負荷側水泵總能耗

a)、水源熱泵機組模型：該模型所需要的獨立變量主要包括：負荷側供水溫度、負荷側回水溫度、主機出力、每臺主機水源水流量、每臺主機負荷側水流量、運行主機臺數、水源熱泵主機模型回歸參數；

該模型的一般形式如下：

y＝c₀+c₁x₁+c₂x₂+c₃x₃

x1=TchoQChW,]]>x2=Tcdi-TchoQChWTcdi,]]>x3=(1COP+1)QChWTcdi]]>

y=(1COP+1)TchoTcdi-1-1(VCW,perρwcpw)(1COP+1)QChWTcdi]]>

T_cho＝(T_{CHLR，ChW，S})+273.15

T_cdi＝(T_{CHLR，CW，S})+273.15

COP=QChWPCHLR,]]>

式中ρ_w是水密度(kg/m³)，c_pw是水比熱(kJ/kg·K)；

主機的能耗P_CHLR(kW_e)可以用下式預測：

PCHLR=[(c0+c1x1+c2x2+1)Tcdi(-c3QChW+Tcho-QChW(VCWρwcpw))-1]QChW]]>

如果主機電機最大功率已知P_Mtr，max(kW_e)，則在給定條件下，主機最大的制冷能力Q_CHLR，Cap(Kw)是

QCHLR,Cap=-b+b2-4ac2a]]>

a=c3+1(VCWρwcpw)]]>

b=Tcdi-Tcho+(c3+1(VCWρwcpw))PMtr,max+c0Tcdi]]>

c＝c₁T_choT_cdi+c₂(T_cdi-T_cho)-T_choP_Mtr，max

所以主機綜合能效為(kW/ton)是：

ξCHLR=PCHLRQChW3,41212,000=3.517((c0+c1x1+c2x2+1)Tcdi(-c3QChW+Tcho-QChW(VCWρwcpw))-1)]]>

計算部分負荷下，系統的最優效率，可以對上式求Q_ChW求一階導數，則在部分負荷情況下，最優的制冷效率，可用下式求解

∂(PQch)∂Qch=0]]>

QCHLR,Opt=3,41212,000-b+b2-4ac2a]]>

a＝c₀+1，b=2(c1Tcho+c2Tcdi-TchoTcdi),]]>c=-Tchoc1Tcho+c2(Tcdi-TchoTcdi)c3+1(VCWρwcpw)]]>

其中，冷凍水流量V_CW應處于系統最大、最小流量之間；

其中運行主機臺數N_CHLR根據總的主機出力與單機主機最大的制冷能力Q_CHLR，Cap的比值，取整得到；

b)、負荷側水泵模型：水泵的一般能耗計算如下式

Ppump=V×H×SGηall]]>

式中V是水流量，H是水泵揚程，

η_all＝η_pumpη_motorη_VSD

在不同轉速下的效率由水泵的效率曲線計算，電機的效率通過時間負載與銘牌負載的比值計算，當電機的負載功率大于25馬力小于銘牌功率時，其采用公式：

η_motor＝0.94187×(1^-e-0.0904x)

根據實際轉速的百分比利用下式計算其動態效率

η_VSD＝50.87+1.283x-0.0142x²+5.834×10^-5x³

水泵輸送的總能量為：

QChW=VChWΔTChW24]]>

式中Q_ChW是系統的制冷或制熱量，單位為kW，V_ChW是系統空調水流量，單位是m³/h，ΔT_ChW是空調水供回水溫差，單位為F，

水泵的綜合效率由下式計算：

ξpump=PpumpQChW=Npump×V×Hηall×24VChWΔTChW]]>

式中N_pump為水泵運行臺數

對于一次泵，N_pump×V＝V_ChW.由于一級水泵的流量為定流量，所以一級水泵的揚程是固定值，如果一次泵的效率為η_PPMP，則一次泵的等效效率(Kw/ton)由下式計算：

ξPPMP=0.004521HPPMPηPPMPΔTChW]]>

對于二次泵的流量為，N_pump×V＝V_Lp，ChW，由于二次泵是變頻泵，其值與主機內的流量不同，水泵的揚程用下式來估算：

H_SPMP＝DP_Lp+eG²_{Lp_ChW}

式中DP_Lp為二次環路壓差，e為二次水環路阻力，G_{Lp_ChW}為流體的質量流量，其值等于流體的體積流量V_{Lp_ChW}與流體密度的乘積，則二次泵的能耗可用下式計算：

PSPMP=GLp_ChW×(DPLp+eVLp_ChW2)ηSPMP]]>

式中η_SPMP是負荷側水泵的綜合效率；

根據此計算模型，結合負荷側水泵臺數計算負荷側的總能耗；

c)、水源側水泵模型

在實際工程中可以忽略水泵溫升因素，對于水源側水泵建立下述熱平衡方程：

VloadΔTload24=(1+ξCHLR3600)QLoad=(1+ξCHLR3500)VsourceΔTsource24]]>

水源側水泵的有效傳輸效率用下式計算：

ξCWPMP=HCWPMPηCWPMPVCW,perQChW,per]]>

式中H_CWPMP為水源側水泵的揚程，η_CWPMP為水源側水泵綜合效率，除水泵綜合效率外，其計算方法與負荷側水泵類似，V_CW，per是水源水流量，Q_ChW，per為主機負荷；

根據此計算模型，結合水源側水泵臺數計算水源側的總能耗；

(4)、將已采集、存放于數據庫中的無法控制變量和可控變量輸入到基于模型的優化控制策略模塊的數學模型中，通過梯度優化算法，得出系統的最小運行總能耗，即目標函數，從而得到水源熱泵系統運行控制中可控變量最優值，得到優化運行策略的各控制參數；

(5)、利用實測數據，通過遠程數據分析與模型修正模塊對模型進行校驗和修正，若計算精度不滿足要求，在對模型參數修正后，重新重復步驟(1)～步驟(4)進行優化；

(6)將步驟(4)得到并經步驟(5)檢驗或修正后的各控制參數最優組合，通過DDC控制器對系統運行參數進行調整，從而實現節能運行。