[發(fā)明專利]基于供需匹配的空氣源熱泵變回差水溫控制方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN113418228B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 徐昭煒;徐策;王智超;徐偉;孫曉雨;王弈超;楊強
• 申請（專利權(quán)）人: 建科環(huán)能科技有限公司;中國建筑科學研究院有限公司
• 主分類號: F25B49/02
• 分類號: F25B49/02;F24D19/10;F24F11/89;F24F11/64;F24F13/24
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 龍濤

本發(fā)明涉及供暖空調(diào)設備技術(shù)領域，具體涉及一種基于供需匹配的空氣源熱泵變回差水溫控制方法及系統(tǒng)，本發(fā)明根據(jù)建筑熱工設計與氣密性情況，建立可反映室溫響應與波動的建筑模型；根據(jù)空氣源熱泵運行實測數(shù)據(jù)，引入狀態(tài)識別參數(shù)區(qū)分啟動階段與穩(wěn)定運行階段，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動算法建立可反映啟停動態(tài)過程與損失的機組模型；建立考慮動態(tài)熱過程的末端模型與考慮水路慣性的輸配模型；以機組制熱量、末端供熱量和建筑散熱量三者間的動態(tài)耦合關(guān)系形成空氣源熱泵系統(tǒng)動態(tài)模型；根據(jù)目標系統(tǒng)的室內(nèi)熱舒適需求建立變回差水溫控制策略，在運行中根據(jù)該變回差水溫控制策略控制機組運行。本發(fā)明改善了低負荷狀態(tài)下空氣源熱泵機組的頻繁啟停問題，提升系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)耗電量，減少啟停過程中的噪聲影響，并有助于延長壓縮機壽命。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及供暖空調(diào)設備技術(shù)領域，具體涉及一種基于供需匹配的空氣源熱泵變回差水溫控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國北方地區(qū)冬季燃煤供暖造成了巨大的能源消耗與嚴重的環(huán)境污染問題。2017年，我國建筑運行總商品能耗為9.63億tce，約占全國能源消耗總量的21％，其中北方城鎮(zhèn)供暖能耗高達2.01億tce，占建筑運行總商品能耗的21％，其碳排放量占建筑運行碳排放量的22％。為推進建筑節(jié)能、改善大氣環(huán)境，我國政府于2016年提出“清潔取暖”政策并開展“煤改電”工作。空氣源熱泵因其利用可再生能源、高效節(jié)能、安裝與操作便捷、運行可靠等優(yōu)點，成為我國北方農(nóng)村地區(qū)清潔能源取暖的主要方式。

空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的性能受到氣候條件、機組供熱能力與建筑熱負荷的匹配特性、供暖系統(tǒng)配置與運行控制策略等因素的影響。因機組選型基于穩(wěn)態(tài)峰值負荷并考慮一定安全系數(shù)，而建筑實際熱負荷隨室外氣象條件動態(tài)變化，空氣源熱泵系統(tǒng)長時間工作在部分負荷工況下，需通過變頻、啟停等方式調(diào)節(jié)供熱量以匹配建筑需求，低負荷條件下頻繁啟停問題較為普遍。相關(guān)研究表明，空氣源熱泵開機過程中制冷劑側(cè)高低壓力的建立、停機過程中的待機與輸配功率等將導致啟停損失。

建筑設計負荷基于采暖室外計算溫度確定，而供暖季室外溫度長期高于此值，由于建筑負荷隨室外溫度升高而降低、機組制熱量隨室外溫度升高而升高造成的“剪刀差”現(xiàn)象，非設計工況下的啟停調(diào)節(jié)可導致供暖季系統(tǒng)能效相較于名義值降低6％～20％，若機組超配則損失高達30％。因此，制定合理的控制策略優(yōu)化其部分負荷動態(tài)運行至關(guān)重要。

水溫(供水或回水)控制為空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的主要控制方式之一。既有研究多關(guān)注水溫設定值的優(yōu)化，基于4～5K的固定控制回差，在低負荷狀態(tài)下通過氣候補償?shù)人惴ń档驮O定值，可一定程度地提升機組性能，但對頻繁啟停問題的改善作用有限。而考慮到建筑圍護結(jié)構(gòu)性能的逐漸提升與其蓄熱功能對室溫波動的平抑作用，在較高室外溫度下增大控制回差，在室溫波動可接受、建筑熱需求得到保障的前提下提升機組性能成為可能，是十分值得關(guān)注的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種基于供需匹配的空氣源熱泵變回差水溫控制方法及系統(tǒng)，用于改善低負荷狀態(tài)下空氣源熱泵機組的頻繁啟停問題，提升系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)耗電量，減少啟停過程中的噪聲影響，并有助于延長壓縮機壽命。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明公開一種基于供需匹配的空氣源熱泵變回差水溫控制方法及系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：

S1根據(jù)建筑熱工設計、氣密性情況，建立可反映室溫響應與波動的建筑模型；

S2根據(jù)空氣源熱泵運行實測數(shù)據(jù)，引入狀態(tài)識別參數(shù)區(qū)分啟動階段與穩(wěn)定運行階段，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動算法建立可反映啟停動態(tài)過程與損失的機組模型；

S3建立考慮動態(tài)熱過程的末端模型與考慮水路慣性的輸配模型；

S4以機組制熱量、末端供熱量和建筑散熱量三者間的動態(tài)耦合關(guān)系形成空氣源熱泵系統(tǒng)動態(tài)模型；

S5基于建立的動態(tài)模型，根據(jù)目標系統(tǒng)的室內(nèi)熱舒適需求建立變回差水溫控制策略；