一种水源热泵系统及其运行控制方法与流程

1.本发明属于空调技术领域，具体涉及一种水源热泵系统及其运行控制方法。


背景技术：

2.发展可再生能源和提高能源利用效率是调整能源结构、缓解能源供给压力的重要举措。作为一种可再生能源利用方式，水源热泵空调系统以江水、河水作为空调系统的冷热源，具有显著的节约能源和环保的特性。如何进一步提升水源热泵空调系统的能效是目前研究的热点，为此，需要一种水源热泵系统及其运行控制方法，使其基于江水、河水温度变化规律、建筑物负荷分布特性，作为一种优化控制策略，实现较显著的提升水源热泵系统的运行能效，节省运行费用。


技术实现要素：

3.本发明提供一种水源热泵系统及其运行控制方法，基于江水、河水16温度变化规律、建筑物负荷分布特性，作为一种优化控制策略，实现较显著的提升水源热泵系统的运行能效，节省运行费用，促进发展可再生能源和提高能源利用效率是调整能源结构、缓解能源供给压力。
4.本发明具体包括如下方案：
5.本发明首先提供一种水源热泵系统，包括水源热泵机组、取水泵、冷冻水泵和末端换热装置；所述水源热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置；所述取水泵与所述冷凝器连接；所述冷冻水泵与所述蒸发器和所述末端换热装置分别连接。
6.本发明还提供上述水源热泵系统的运行控制方法，包括以下步骤：
7.将所述取水泵从河流中取来的水进入所述水源热泵机组的所述冷凝器，吸收制冷剂的热量后再次排放到河流下游；
8.所述制冷剂在所述蒸发器内吸收空调冷冻水回水中的能量，所述空调冷冻水变成低温冷水后，被所述冷冻水泵输送到所述末端换热装置处，在所述末端换热装置中发生热量交换，提供冷量。
9.进一步的，所述末端换热装置设置在室内。
10.则本发明的上述水源热泵系统的运行控制方法，所述制冷剂在所述蒸发器内吸收空调冷冻水回水中的能量，所述空调冷冻水回水变成低温冷水后，被所述冷冻水泵输送到室内的所述末端换热装置处，在所述末端换热装置中发生热量交换，为室内提供冷量。
11.本发明的上述水源热泵系统，所述取水泵连接取水管。水源热泵机组连接排水管。所述末端换热装置包括换热盘管。换热盘管上安装风机。所述取水管上安装有取水水温传感器。所述冷冻水泵所在管路上安装冷冻水出水温度传感器。所述末端换热装置的室内空调回风侧安装室内空调回风温度传感器。所述末端换热装置的室内空调送风侧安装室内空调送风温度传感器。
12.本发明的上述水源热泵系统，还包括控制器，所述控制器设置信号输入端和信号
输出端；所述信号输入端与所述取水水温传感器、所述冷冻水出水温度传感器、所述室内空调回风温度传感器和所述室内空调送风温度传感器分别信号传输连接；所述信号输出端与所述水源热泵机组、所述取水泵、所述冷冻水泵和所述风机控制连接。
13.则本发明的上述水源热泵系统的运行控制方法，通过所述控制器的所述信号输入端获得所述取水水温传感器、所述冷冻水出水温度传感器、所述室内空调回风温度传感器和所述室内空调送风温度传感器分别传送的冷冻水出水温度信号、室内空调回风温度信号和室内空调送风温度信号；且通过所述控制器将所述冷冻水出水温度信号、所述室内空调回风温度信号和所述室内空调送风温度信号分析处理后，转换成控制信号分别传送至所述水源热泵机组、所述取水泵、所述冷冻水泵和所述风机。
14.本发明的有益效果是：
15.本发明的水源热泵系统及其运行控制方法，基于江江水、河水温度变化规律、建筑物负荷分布特性，充分利用了江水、河水温度变化特性及建筑物负荷变化特性，在江水、河水温度较低时，减少取水泵流量；在建筑负荷较低时，减少冷冻水泵流量、提高冷冻水出水温度设定值，使得水源热泵系统提供的冷量与建筑负荷的匹配，从而实现了节能；其作为一种优化控制策略，实现较显著的提升水源热泵系统的运行能效，节省运行费用，促进发展可再生能源和提高能源利用效率是调整能源结构、缓解能源供给压力。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1为本发明的水源热泵系统一个实施例的结构示意图。
18.图2为本发明的水源热泵系统的一个实施例的建筑负荷图。
19.图3为本发明的水源热泵系统一个实施例的trnsys系统平台能耗仿真图。
20.图中，1为水源热泵机组，2为取水泵，3为冷冻水泵，4为末端换热装置，5为控制器，501为信号输入端，502为信号输出端，6为取水管，7为排水管，8为风机，9为换热盘管，10为室内空调回风侧，11为室内空调送风侧，12为取水水温传感器，13为冷冻水出水温度传感器，14为室内空调回风温度传感器，15为室内空调送风温度传感器，16为江水、江水、河水16。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
23.实施例
24.如图1所示，一种水源热泵系统，包括水源热泵机组1、取水泵2、冷冻水泵3和末端换热装置4；所述水源热泵机组1包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置；所述取水泵2与所述冷凝器连接；所述冷冻水泵3与所述蒸发器和所述末端换热装置4分别连接。
25.本实施例还提供上述水源热泵系统的运行控制方法，包括以下步骤：
26.将所述取水泵2从河流中取来的水进入所述水源热泵机组1的所述冷凝器，吸收制冷剂的热量后再次排放到河流下游；
27.所述制冷剂在所述蒸发器内吸收空调冷冻水回水中的能量，所述空调冷冻水变成低温冷水后，被所述冷冻水泵3输送到所述末端换热装置4处，在所述末端换热装置4中发生热量交换，提供冷量。
28.本实施例的水源热泵系统工作原理：水源热泵机组1的蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置，这四大部件可以完成制冷循环。其中取水泵2与水源热泵机组1的冷凝器相连接，取水泵2从河流中取来的水进入水源热泵机组1的冷凝器，吸收制冷剂的热量后再次排放到河流下游。冷冻水泵3与水源热泵机组1的蒸发器相连接，在蒸发器内制冷剂吸收空调冷冻水回水中的能量，空调冷冻水回水变成低温冷水后被冷冻水泵输送到室内的末端换热装置4处，在末端换热装置4中发生热量交换，为室内提供冷量。
29.本实施例的水源热泵系统的节能原理：水源热泵系统的能耗主要由四部分构成：取水泵2能耗、水源热泵机组1主机能耗、冷冻水泵3能耗、末端换热装置4的风机8能耗。其中取水泵2的能耗与取水的流量有关，水源热泵机组1主机的能耗与机组的负荷率、进入冷凝器的江水、河水16温度、蒸发器的出水温度有关，冷冻水泵3的能耗与冷冻水流量有关，末端换热装置4的风机8能耗与室内末端换热装置4的开启情况有关。由于末端换热装置4的使用情况主要由用户决定，因此本实施例主要针对节省取水泵2、水源热泵机组1主机、冷冻水泵3的能耗。由于江水、河水16温度受空气温度、太阳辐射等因素影响，江水、河水16的水温在不同的月份、不同日、不同小时，是不同的。建筑物的负荷受使用状况、室外温度等因素影响，也是时刻在变化的。目前水源热泵系统的运行参数为固定值，即取水泵2的流量恒定、水源热泵机组1主机冷冻水出水温度设置值恒定、冷冻水泵3水流量恒定，而建筑的负荷和水温是时刻改变的，这常常导致水源热泵系统的水源热泵机组1主机频繁启停机，系统的运行能耗较大。因此结合江水、河水16温度情况、建筑物负荷率情况，调整取水泵2的取水流量、水源热泵机组1冷冻水出水温度设定值、冷冻水泵3水流量，可以实现取水泵1、水源热泵机组1主机、冷冻水泵3能耗之和为最小值。例如，当江水、河水16取水温度较低时，可以降低取水泵2的运行频率，减少取水量，节省取水能耗。当建筑物的负荷较低时，可以提升水源热泵机组1主机的冷冻水出水温度设定值来减少水源热泵机组1主机能耗、也可以降低冷冻水泵3的运行频率减少冷冻水泵的能耗。已知的参数是建筑物的负荷、江水、河水16温度，可以调节的参数有取水泵2流量、水源热泵机组1冷冻水出水温度设定值tset、冷冻水泵3水流量miwp、室内风机8风量mair。则重点为根据已知的参数，调节可控的参数，实现系统总能耗最低。本实施例基于供需匹配的原则，即实现两个平衡：蒸发器提供冷量与建筑负荷的匹配、冷凝器释放热量与江水、河水16带走热量的平衡。将建筑负荷分为四个段：第一段，风机8风量维持在额定风量的50％，冷冻水流量在额定流量的30％
‑
40％之间调节，冷冻水出水温度设定值为最高值10℃。第二段，风机8风量维持在额定风量的50％，冷冻水流量恒定为在额定流量的40％，冷冻水出水温度设定值根据建筑物负荷情况在最高值10℃与最低值7℃之间调节。第三段，风机8风量维持在额定风量的50％，冷冻水流量根据建筑负荷情况在额定流量的40％到100％之间调节，冷冻水出水温度设定值恒定为7℃。第四段，风机8风量根据建筑负荷情况在额定风量的50％到100％之间调节，冷冻水流量恒定为额定流量的100％，
冷冻水出水温度设定值恒定为7℃。如图2所示，
30.取水泵2的流量则公式(ⅰ)进行调节，
[0031][0032]
公式(ⅰ)中，p为取水泵2实际流量相对于额定流量的比率；t
out
为取水测退水温度，单位：℃；t
max,out
为取水测最大允许退水温度，单位：℃；t
intake
为取水测取水温度，单位：℃；m
ewp
为取水泵实际流量，单位：m3/h；m
ewp.norm
为取水泵额定流量，单位：m3/h。
[0033]
公式(ⅰ)中，取水侧最大允许退水温度需要满足当地环境保护部门要求，本实施例以36℃为示例。
[0034]
为了验证本实施例的水源热泵系统及其运行控制方法的节能性，以某实际建筑物的水源热泵系统为原型，在trnsys系统平台中对水源热泵系统的能耗分别进行仿真。具体结果如图3所示。从图3中可以看出，本实施例的水源热泵系统及其运行控制方法的节能意义，在整个供冷季(从5月到9月)，本实施例的水源热泵系统及其运行控制方法，较目前常规的控制方法(见节能率2曲线)节能25.62％，较目前较为先进的变频控制方法(见节能率3曲线)节能19.93％。
[0035]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。