一種地源熱泵機組建模仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地源熱泵，尤其涉及一種地源熱泵機組建模仿真方法。
【背景技術】
[0002] TRNSYS 的全稱為 Transient System Simulation Program，是由美國威斯康星大 學太陽能實驗室開發的一款瞬時系統模擬程序，近年來，在暖通空調系統運行優化與節能 方面以得到了較為廣泛的應用。在利用TRNSYS對地埋管地源熱泵系統進行變流量仿真模 擬時，發現TRNSYS提供的地源熱泵機組模塊Type927存在一些缺陷，而這些缺陷將對仿真 結果的準確度造成影響。其缺陷主要有以下兩點；
[0003] 1)機組負荷側出口水溫不能設置為定值，如制冷時設定為TC，制熱時設定為 45°C。熱泵機組在實際運行過程中，只要建筑冷熱負荷在其制冷或制熱能力范圍內，熱泵機 組負荷側出口水溫都能很好的保持在設定的溫度。而Type927不但不能保持出口溫度恒 定，而且當機組部分負荷率發生變化時，負荷側出口水溫的波動很大。在制冷模式下，當熱 泵機組冷凝器側回水水溫不變、冷凝器側流量不變、機組部分負荷率逐漸增大時，Type927 的模擬結果如圖1所示。由圖1可知，當機組部分負荷率為0.25時，蒸發器側出口水溫 為-391. 75°C，這是非常不合情理的。
[0004] 2)未考慮熱泵機組在部分負荷下運行對其性能的影響。一般而言，機組COP隨著 部分負荷率的增大呈現先增大后減小的趨勢。由圖1可知，隨著部分負荷率的逐漸增大， Type927模擬結果顯示：當負荷率小于0. 85時，機組COP幾乎不隨負荷率的變化而發生改 變，當負荷率大于〇. 85時，機組COP隨負荷率的增大而急劇增加。因此，Type927在部分負 荷下運行的情況與實際運行情況不符。
[0005] 為了克服Type927在模擬地源熱泵系統時出現的不足，增加仿真模擬的準確度， 有必要研究一種新的符合實際運行情況的地源熱泵機組建模仿真方法。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了提供一種符合實際運行工況的、能被應用于地源熱泵負荷 側、地源側變流量仿真研究的地源熱泵機組建模仿真方法。
[0007] 為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0008] -種地源熱泵機組建模仿真方法，具體步驟如下：
[0009] 步驟一：參數和變量的定義：統計整體模型中的變量和參數并分別命名和標識；
[0010] 步驟二：根據蒸發器偵彳水流量I、蒸發器側出水水溫Tra，蒸發器側回水水溫冷 凝器側水流量M。、冷凝器側回水水溫T"，來建立適用于部分負荷下運行的地源熱泵機組的 數學模型；從而計算得出熱泵機組當前需要的制冷量Q、熱泵機組滿負荷下制冷量CAP_、 熱泵機組所需的輸入功率P、冷凝器側出水水溫I ra和熱泵機組COP值；
[0011] 步驟三：根據步驟二的數學模型在仿真平臺上開發地源熱泵機組仿真模塊；
[0012] 步驟四：在仿真平臺上利用步驟三開發的熱泵機組仿真模塊，進行仿真模擬。
[0013] 其中部分負荷是空調的負荷在10%到100%區間內。
[0014] 進一步地，所述步驟二中熱泵機組所需的輸入功率P的計算步驟如下：
[0015] (2. 1)計算熱泵機組最大制冷量0六?_與熱泵機組當前需要的制冷量Q ;
[0016] (2. 2)比較最大制冷量CAPniax和當前需要的制冷量Q，若最大制冷量CAP _大于等 于當前需要的制冷量Q時，保持蒸發器出水水溫為設定值，若最大制冷量CAPniax小于當前需 要的制冷量Q時，則在提高蒸發器側出口水溫后返回步驟2. 1 ;
[0017] (2. 3)通過熱泵機組在額定工況下所需輸入功率P。、輸入功率修正系數Ph和部分 負荷下熱泵機組輸入功率修正系數Prt來計算熱泵機組所需的輸入功率P。
[0018] 進一步地，所述步驟（2. 1)中根據式（1)計算熱泵機組最大制冷量CAP_:
[0019] CAPnax= f ^MejMc, Teo, Tcl) (1)
[0020] 所述公式⑴可改寫為式（2):
[0021] CAPnax= CAP 〇 · CAPr (2)
[0022] CAPr= f 2(rne, rnc, rTeo, rTcl) (3)
[0023] 其中，CAP。為機組在額定工況下滿負荷運行時的制冷量，CAP1^為機組在實際工況 下制冷量的修正系數，^為蒸發器側實際水流量與額定水流量的比值；r "。為冷凝器側實際 水流量與額定水流量的比值；為蒸發器側實際出口水溫與額定出口水溫的比值；r ^為 冷凝器側實際回水水溫與額定回水水溫的比值。
[0024] 進一步地，所述步驟（2. 1)中根據式（4)計算當前熱泵機組當前需要的制冷量Q :
[0025] Q = CMe Δ t (4)
[0026] 其中，At為蒸發器側供回水溫差，°C，Q為熱泵機組當前需要的制冷量，kj/h。
[0027] 進一步地，所述熱泵機組所需的輸入功率P通過式（5)進行計算：
[0028] P = P0PrlPr2= P 〇f6 (rne, rnc, rTeo, rTcl) f5 (PLR) (5)
[0029] 其中，PLR為熱泵機組部分負荷率。
[0030] 進一步地，所述步驟二中根據式（6)計算冷凝器側出水水溫Tra:
[0032] 其中，1^為冷凝器側回水水溫，M。為冷凝器側水流量。
[0033] 進一步地，所述步驟二中根據公式（4)、（5)計算機組COP值：
[0037] 進一步地，所述機組在實際工況下制冷量的修正系數通過式（8)計算：
[0038] CAPr= a ^b1Tm+b^J+c^,+c2r J+d^+dz^eo'+eiT^+e^jJ+f,TleoTlcl (8)。
[0039] 進一步地，所述輸入功率修正系數P1^1用公式（9)計算：
[0040] Prl = a 2+b3rnie+b4rne 2+c3rnic+c4rnic 2+d3rTeo+d4rTeo 2+e3rTcl+e4rTcl 2+f2rTeorTcl (9)；
[0041] 所述部分負荷下熱泵機組輸入功率修正系數Prt用公式（10)計算：
[0042] Pr2 = a 3+a4PLR+a5PLR2 (10)。
[0043] 本發明的工作原理是：實際情況中，當熱泵機組從滿負荷運行逐漸變為部分負荷 運行時，由于總的換熱量減小，熱泵機組換熱器的相對換熱面積增大，換熱效率提高，所以 機組的效率也相應的有所提高。同時由于冷凝溫度的降低，蒸發溫度的升高，制冷劑流量的 減小，這使得熱泵機組的COP在部分負荷下進一步提高。當熱泵機組的部分負荷率進一步 減小時，制冷劑流量繼續減小，由于吸氣量過低而導致電機散熱不足等原因，導致壓縮機效 率大幅度降低，從而導致機組COP大幅度下降。在考慮熱泵機組部分負荷后計算得出的機 組COP符合實際情況，對實際應用有更好的指導。
[0044] 本發明的有益效果是：
[0045] 1)本發明中的建模仿真方法，充分考慮了熱泵機組在部分負荷下運行對其能耗的 影響，通過驗證，得出熱泵機組COP隨部分負荷率的逐漸增大呈現先增大后減小的趨勢，同 時蒸發器側出口水溫維持在設定值。證明了建模仿真方法符合實際情況。
[0046] 2)通過驗證，當熱泵機組的部分負荷率不變時，得出熱泵機組COP隨蒸發器側流 量比、冷凝器側流量比的變化模擬關系，機組COP受蒸發器側流量及冷凝器側流量變化的 影響，不論哪一側流量增大，機組COP都將增大，不論哪一側流量減小，機組COP都將減小， 證明了建模仿真方法符合實際情況。
[0047] 3)通過驗證，當熱泵機組的部分負荷率不變時，得出當蒸發器出水水溫升高、冷凝 器側回水水溫降低時，機組COP增大。相反，機組COP則減小，證明了建模仿真方法符合實 際情況。
[0048] 4)利用本發明中的建模仿真方法，通過仿真分析后，得出地源側變流量運行可以 節省整個空調系統的運行能耗。
【附圖說明】
[0049] 圖1是Type927模擬結果的示意圖；
[0050] 圖2是本發明中熱泵機組模塊的仿真結果。
[0051] 圖3是本發明中地源熱泵機組程序流程圖；
[0052] 圖4是本發明中熱泵機組COP隨蒸發器側流量比及冷凝器側流量比變化的模擬 圖；
[0053] 圖5是本發明中熱泵機組COP隨蒸發器側出水水溫及冷凝器側回水水溫變化的模 擬圖；
[0054] 圖6是本發明中熱泵機組COP隨部分負荷率、冷凝器側回水水溫變化的模擬圖；
[0055] 圖7是本發明中仿真后地源側變流量與地源側定流量地埋管出口水溫比較圖；
[0056] 圖8是本發明中仿真后地源側變流量與地源側定流量冷凝器出口水溫比較圖；
[0057] 圖9是本發明中仿真后熱泵機組能耗、地源側水泵能耗隨變頻泵最小運行頻率變 化曲線圖；
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