CN110701817B - 一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法 - Google Patents

Abstract

一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法，涉及空气源热泵抑霜技术和运行控制领域。包括首先，确定机组基本配置参数；其次，根据空气源热泵机组的实际运行工况，确定负荷需求和抑霜目标；再次，根据上述需求和目标确定变频空气源热泵的压缩机转速和风机的风量或转速，或多压缩机并联机组的压缩机运行台数；最后，通过控制器控制压缩机转速和风机转速的输出或压缩机启动台数，实现制热和抑霜需求。

Description

一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法

技术领域

本发明是一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法，涉及空气源热泵抑霜技术和运行控制领域。

背景技术

“空气源热泵”是近年来全世界倍受关注的节能技术，欧盟各国、日本和我国相继将其列入可再生能源技术范畴。空气源热泵在我国已被广泛应用于建筑空间供暖，其中，可变容量的空气源热泵机组，由于其容量可调节特性，具有更好的节能效果和舒适性，已成为当前空气源热泵供暖市场的主流技术，具有广阔的应用空间和价值。

目前，常见的可变容量空气源热泵主要分为两种：一种是变频空气源热泵，通常配置变频的压缩机和风机，在部分负荷时，可根据负荷需求时时调节压缩机和风机转速，实现负荷需求匹配；另一种是多个压缩机并联的定频空气源热泵机组，在部分负荷时，通过控制启停压缩机台数，进而实现的负荷匹配。通过变频空气源热泵和多压缩机并联的定频空气源热泵机组负荷匹配，一定程度上可提升机组的运行能效。

然而，当空气源热泵在冬季运行时，结霜是制约机组高效、稳定运行的关键问题。从传热的角度分析，室外换热器表面霜层的生长主要受空气侧的对流换热，制冷剂侧的沸腾换热以及蒸发器的换热影响。因此，调整空气源热泵压缩机、室外侧风机和室外侧换热器等关键部件的配比，提高蒸发温度，有利于降低换热温差，抑制结霜。此外，空气源热泵的结霜工况主要集中在-5℃～5℃，属于部分负荷工况，对于变频空气源热泵和多压缩机并联的定频空气源热泵机组，其压缩机、室外侧风机或室外侧换热器等关键部件的配比关系在结霜工况运行时具有一定的调整空间。

因此，从运行控制优化层面，结合实际结霜工况和负荷需求，利用变频空气源热泵和多压缩机并联的定频空气源热泵机组调节特性，进行压缩机、室外换热器或室外风机的动态抑霜匹配，在满足制热需求的同时按需抑霜，可实现空气源热泵全工况下高效、稳定运行，推动空气源热泵在我国全地域应用与发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法，针对可变容量空气源热泵，在结霜工况下，通过优化压缩机、室外侧风机和室外侧蒸发器等关键部件的配比关系，满足制热需求的同时按需抑霜，实现机组在全工况下高效运行。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法，包括首先，确定机组基本配置参数；其次，根据空气源热泵机组的实际运行工况，确定负荷需求和抑霜目标；再次，根据上述需求和目标确定变频空气源热泵的压缩机转速和风机的风量或转速，或多压缩机并联机组的压缩机运行台数；最后，通过控制器控制压缩机转速和风机转速的输出或压缩机启动台数，实现制热和抑霜需求。具体的步骤如下：

第一步，确定机组压缩机、室外侧换热器和室外侧风机配置参数，包括压缩机额定转速n₀，压缩机台数，压缩机排量V₀，室外换热器换热面积F以及室外风机额定风量G₀；

第二步，根据实际供水温度T_g、回水温度T_h以及设定温度T_{g_set}，计算机组的负荷率

确定压缩机转速n或需运行压缩机的台数；

即按照公式

计算机组理论负荷率

确定系统中需运行的机组数量x；进而确定变频机组压缩机转速n或多压缩机并联机组需运行压缩机的台数y(负荷率求转速n或并联压缩机的台数为常规技术，一般负荷率与转速n为正相关关系)；

第三步，根据实际运行环境的温度T_a和相对湿度RH，判定结霜工况，若运行工况位于无霜或结露区，机组运行控制不做调整，若位于结霜区，根据结霜程度，拟定抑霜目标R；

第四步，对于变频机组，根据第一步得到的室外换热器换热面积F和压缩机排量V₀，第二步得到的压缩机转速n，以及第三步得到的抑霜目标R，按照模型R＝f₁(n,V₀,F,G)，计算室外风机风量G，若G＜G₀，G判定为真值，取值不变，若G＞G₀，G判定为假值，按照额定风量G₀取值；

对于多压缩机并联机组，风机一般配置为定频风机，风机转速确定不变，风机和压缩机无法实现互补，因此，在满足制热需求的前提下尽量减少每个制冷剂环路中并联压缩机的运行台数，可以达到抑霜的效果；

R＝f₁(n,V₀,F,G)即为

可以反映机组中风机、蒸发器以及压缩机的配比关系，其中A₀为偏差修正系数取值范围为0.1～1。

第五步，根据第四步确定的变频机组压缩机转速n和室外风机风量G或转速，或多压缩机并联机组需启动的压缩机，将结果反馈至数据处理控制器，机组控制器调控变频机组压缩机和室外风机转速，或压缩机并联机组需运行压缩机的台数

第六步，待机组稳定后，根据实际的运行参数计算负荷率

若

机组继续稳定运行，以满足制热和抑霜需求；反之，按照

的负荷率重新确定压缩机和室外风机转速，直至满足

本发明具有以下优点：

(1)对于可变容量空气源热泵，在结霜工况下，通过压缩机、室外换热器或室外风机的动态抑霜匹配，实现了在满足负荷匹配的同时，兼顾抑霜，达到了充分利用机组配置的效果，同时开辟了一种全新的抑霜方向；

(2)该方法可以实现有效抑霜，缓解了空气源热泵实际运行中结霜的问题，提高了机组制热能力，实现了空气源热泵全工况下高效、稳定运行；

(3)该方法未增加任何设备或系统，同时实现了制热和抑霜需求，成本低，实用性强。

附图说明

图1是某品牌变频空气源热泵(冷水)机组原理图；

1压缩机、2室外侧换热器、3室外风机、4电子膨胀阀、5壳管式换热器、6四通换向阀、7机组控制器。

图2是本发明的一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法流程图。

图3是负荷率和压缩机转速变化关系图。

具体实施方式

以下所述内容仅为本发明较佳的实施例，并不因此而限定本发明保护的范围。

本发明所提出来的一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法，实现了在满足负荷匹配的同时，兼顾抑霜，开辟了一种全新的抑霜方向。下面针对某品牌变频空气源热泵(冷水)机组，结合附图对本发明的指导实施过程作进一步详细描述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

(1)图1为该机组原理图，包括1压缩机、2室外侧换热器、3室外风机、4电子膨胀阀、5壳管式换热器、6四通换向阀和7机组控制器，其中，机组压缩机、室外侧换热器和室外侧风机实际配置情况如下：压缩机1的运行转速n为30～80r/s和排气量V₀为42m³/rev，蒸发器2的换热面积F为58.2m²，室外侧风机3风量G为3000～8400m³/h；

(2)结合图2，首先根据时时采集到的环境温度T_a、相对湿度RH、供水温度T_g、回水温度T_h以及设定温度T_{g_set}，计算运行工况下机组的负荷率

和抑霜目标R₁，并结合图3，可确定压缩机转速n₁；

(3)按照模型R＝f₁(n,V₀,F,G)，计算室外风机风量G，若G＜8400m³/h，G取值不变，若G＞8400m³/h，G＝8400m³/h；

(5)根据风机风量，按照风机性能曲线，确定风机转速n_fan，将结果反馈至数据处理控制器，机组控制器调控变频机组压缩机和室外风机的转速；

(6)待机组运行稳定后，根据实际的运行参数计算负荷率

若

机组继续稳定运行，以满足制热和抑霜需求；反之，按照

的负荷率重新确定压缩机和室外风机转速，直至满足

本发明的实施实例在结霜工况下，可以在满足制热需求的同时有效抑制空气源热泵结霜，保证机组全工况下稳定高效的运行。

Claims (2)

1.一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法，其特征在于，包括首先，确定机组基本配置参数；其次，根据空气源热泵机组的实际运行工况，确定负荷需求和抑霜目标；再次，根据上述负荷需求和抑霜目标确定变频空气源热泵的压缩机转速和风机的风量或风机的转速，或多压缩机并联机组的压缩机运行台数；最后，通过控制器控制压缩机转速和风机转速的输出或压缩机启动台数，实现制热和抑霜需求；具体的步骤如下：

第一步，确定机组压缩机、室外侧换热器和室外侧风机配置参数，包括压缩机额定转速n₀，压缩机台数，压缩机排量V₀，室外换热器换热面积F以及室外风机额定风量G₀；

第二步，根据实际供水温度T_g、回水温度T_h以及设定温度T_{g_set}，按照公式

计算机组理论负荷率

确定系统中需运行的机组数量x；进而确定变频机组压缩机转速n或多压缩机并联机组需运行压缩机的台数y，负荷率与压缩机转速n为正相关关系；

第三步，根据实际运行环境的温度T_a和相对湿度RH，判定结霜工况，若运行工况位于无霜或结露区，机组运行控制不做调整，若位于结霜区，根据结霜程度，拟定抑霜目标R；

第四步，对于变频机组，根据第一步得到的室外换热器换热面积F和压缩机排量V₀，第二步得到的压缩机转速n，以及第三步得到的抑霜目标R，按照模型R＝f₁(n,V₀,F,G)，计算室外风机风量G，若G＜G₀，G判定为真值，取值不变，若G＞G₀，G判定为假值，按照额定风量G₀取值；

对于多压缩机并联机组，风机配置为定频风机，风机转速确定不变，风机和压缩机无法实现互补，因此，在满足制热需求的前提下尽量减少每个制冷剂环路中并联压缩机的运行台数，可以达到抑霜的效果；

第五步，根据变频机组压缩机转速n和室外风机风量G或风机转速，或多压缩机并联机组需启动的压缩机的台数，将结果反馈至数据处理控制器，机组控制器调控变频机组压缩机和室外风机转速，或压缩机并联机组需运行压缩机的台数；

第六步，待机组稳定后，根据实际的运行参数计算负荷率

若

机组继续稳定运行，以满足制热和抑霜需求；反之，按照

的负荷率重新确定压缩机和室外风机转速，直至满足

2.按照权利要求1所述的一种基于负荷匹配和抑霜多目标的空气源热泵运行调控方法，其特征在于，R＝f₁(n,V₀,F,G)为

可以反映机组中风机、蒸发器以及压缩机的配比关系，其中A₀为偏差修正系数取值范围为0.1～1。

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