[發明專利]一種空氣源熱泵除霜控制點實驗室測定系統及方法

有效

• 申請號: 202011297723.4
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112413948B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 王偉;孫育英;趙繼晗;羅慶;林瑤;王世權
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F25B47/02
• 分類號: F25B47/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種空氣源熱泵除霜控制點實驗室測定方法，其特征在于，對機組最佳除霜控制點所在時刻的區間進行預估，得出結霜開始影響制熱性能的時刻以及結霜嚴重影響制熱甚至發生硬件故障的時刻，分別定義為Time1和Time2；選取3個典型室外環境工況Case1、Case2、Case3進行最佳除霜控制點的實驗室測試，其中工況Case1、Case2、Case3具體信息如下：

①Case1為重霜區：干球溫度2℃±0.5，相對濕度≥80％；

②Case2為一般結霜區：干球溫度-1℃±0.5，相對濕度60％～86％；

③Case3為輕霜區：干球溫度0℃±0.5，相對濕度44％～57％；

具體測試分為以下步驟：

(1)調節人工環境實驗室的溫濕度設定，直至環境溫濕度達到典型室外環境工況Case1的要求；

(2)控制空氣源熱泵機組以制熱模式開始運行，同時數據監控記錄平臺進行實時數據的讀取及記錄，測試時的數據記錄間隔推薦為10s以內，最大不得超過1min；

(3)使被測空氣源熱泵機組持續制熱運行，并控制機組在Time1時刻進行除霜操作，得到第1組完整結除霜過程的測試數據記錄，應包括機組冷凝器進出水溫度Tin/Tout、循環水流量Q、瞬時耗電功率w_com的變化，并根據下式計算瞬時制熱功率的q_h1：

q_h1＝ρc×Q×(T_out-T_in)

其中：q_h1為機組瞬時制熱功率；ρ為水的密度，kg/m³；c為水的比熱，kJ/(kg·℃)；Q為循環水流量，m³/h；T_in/T_out分別為冷凝器進/出水溫度，℃；

(4)使被測空氣源熱泵機組持續制熱運行，并控制機組在Time2時刻進行除霜操作，得到第2組完整結除霜過程的測試數據記錄；

(5)計算綜合能效比和名義制熱量損失系數：

1)基于Time2時刻除霜的結除霜實驗數據，針對不同除霜時刻的結除霜循環，計算結霜過程制熱量Q_L1和制熱量損失Q_S1，以及名義制熱量結霜損失系數ε_NL1；計算公式如下：

其中，τ_d為機組除霜時刻，取值范圍為[Time1,Time2]，min；τ_n為機組除霜結束時間，min；q_h為機組名義制熱功率，kW；Q_L1(τ_d)為機組結霜過程制熱量，kJ；Q_S1(τ_d)為機組名義結霜損失，kJ；Q_N(τ_n)為機組結除霜過程總的名義制熱量，kJ；

2)針對不同除霜時刻的除霜循環，計算除霜過程制熱量Q_L2和制熱量損失Q_S2，以及名義制熱量除霜損失系數ε_NL2；由于測量不同除霜時刻的結除霜循環實驗成本較高，因此結霜開始影響制熱性能的時刻即Time1和結霜嚴重影響制熱甚至發生硬件故障的時刻即Time2除霜的結除霜實驗數據，假定機組除霜過程制熱量和制熱量損失隨著機組除霜時刻的不斷延后而線性變化，插值計算獲得機組在其他時刻除霜的制熱量Q_L2和名義除霜損失Q_S2，以及名義除霜損失系數ε_NL2，計算過程和公式如下：

①根據實驗數據，計算Time1和Time2時刻除霜的除霜過程制熱量和名義除霜損失：

其中，τ_n1和τ_n2分別為機組在Time1和Time2時刻除霜的機組除霜結束時間，min；

②計算不同除霜時刻下的機組除霜過程制熱量、名義除霜損失和名義除霜損失系數：

③計算不同除霜時刻下的機組名義制熱量損失系數和綜合能效比COPm：

ε_NL(τ_d)＝ε_NL1(τ_d)+ε_NL2(τ_d)

其中，COP_m為機組結除霜過程總能效比；w_com為機組瞬時耗功率，kW；W為機組結除霜過程總耗功，kJ；

(6)在Time1～Time2區間內，選取總能效比最大且名義制熱量損失系數最小的時刻為最佳的機組除霜控制點，從而得到典型室外環境工況Case1的最佳除霜控制點：

t_opt＝t{ε_NL-min且COP_m-max}

其中：t_opt為最佳除霜時刻，s；ε_NL-min且COP_m-max代表總能效比最大且名義制熱量損失系數最小；

(7)調節人工環境實驗室的溫濕度設定，使環境溫濕度達到典型室外環境工況Case2及Case3的要求，重復以上(2)、(3)、(4)、(5)、(6)的測試步驟；最終得到3個典型室外環境工況Case1、Case2、Case3的空氣源熱泵機組最佳除霜控制點。