CN111222230A - 热泵类电采暖设备的建模处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种热泵类电采暖设备的建模处理方法及装置。其中，该方法包括：确定热泵类电采暖设备的组成部件；获取组成部件的运行参数；利用Modelica语言依据组成部件的运行参数对热泵类电采暖设备进行仿真建模。本申请解决了现有的电采暖设备的仿真建模技术存在一定的局限性，而且仿真结果不够精确，不能完全精确地反映“煤改电”住户的真实状况，误差较大的技术问题。

Description

热泵类电采暖设备的建模处理方法及装置

技术领域

本申请涉及电采暖设备的仿真领域，具体而言，涉及一种热泵类电采暖设备的建模处理方法及装置。

背景技术

为了适应国家能源发展战略，近年来，电力公司大力推行“煤改电”工作。然而，在“煤改电”工作推进过程中，也出现过一系列的技术问题，比如：有些煤改电用户由于缺乏专业的技术指导，在设备选型上存在一定的盲目性，在未充分了解所使用的电采暖设备性能，或是未结合自身所处区域特殊的气候特征的情况下，极易导致“煤改电”设备选型不够科学合理，使用方法不当，采暖效果不佳。因此，需要重点开展相关技术研究，解决“煤改电”用户最为关切的问题，为“煤改电”工程的进一步推进，提供有效的技术支撑。

为解决上述问题，需要对电采暖设备进行仿真建模，现有仿真技术更多地从供给侧的角度，研究分析综合能源的优化配置、能源利用效率以及并网的影响等内容，但是未针对需求侧，结合煤改电住户的实际需求研究电采暖设备的供暖效果，缺少对“煤改电”用户设备选型的指导。也就是说，用户缺少结合自身实际情况合理选择技术方案的参考依据。现有的仿真技术存在一定的局限性，而且仿真结果不够精确，不能完全精确地反映“煤改电”住户的真实状况，误差较大。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种热泵类电采暖设备的建模处理方法及装置，以至少解决现有的电采暖设备的仿真建模技术存在一定的局限性，而且仿真结果不够精确，不能完全精确地反映“煤改电”住户的真实状况，误差较大的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种热泵类电采暖设备的建模处理方法，包括：确定热泵类电采暖设备的组成部件；获取组成部件的运行参数；利用Modelica语言依据组成部件的运行参数对热泵类电采暖设备进行仿真建模。

可选地，热泵类电采暖设备的组成部件包括：空气源热泵供热系统，空气源热泵供热系统包括：空气源热泵供热系统所在的房屋、空气源热泵、风机盘管、控制系统以及空气源热泵供热系统的输入输出连接点；地源热泵供热系统，地源热泵供热系统包括：地源热泵供热系统所在的房屋、地源热泵、散热器以及地源热泵供热系统的输入输出连接点。

可选地，对热泵类电采暖设备进行仿真建模，包括：分别对空气源热泵供热系统所在的房屋、空气源热泵、风机盘管以及空气源热泵供热系统的输入输出连接点建模；分别对地源热泵供热系统所在的房屋、地源热泵、散热器以及地源热泵供热系统的输入输出连接点建模。

可选地，对空气源热泵供热系统所在的房屋和地源热泵供热系统所在的房屋建模，包括：对空气源热泵供热系统所在的房屋和地源热泵供热系统所在的房屋的得热过程进行建模，其中对房屋的得热过程进行建模包括：对房屋的不透明围护结构的传热得热过程进行建模；对房屋的透明围护结构的传热得热过程进行建模；对房屋的辐射得热过程进行建模。

可选地，对空气源热泵建模，包括：依据空气热源泵的实际运行结果对空气热源泵的性能曲线方程的参数进行拟合。

可选地，对空气源热泵建模，还包括：在建模的过程中，建立回归方程，并依据回归方程验证建模过程中所使用的性能曲线方程对应的性能曲线数据是否为准确数据；在建模结束后，比对空气源热泵机组的实际供水温度曲线与模拟供水温度曲线，如果二者的相似度达到预设阈值，确定空气源热泵模型建模成功。

可选地，对空气源热泵供热系统的输入输出连接点建模，包括：在空气源热泵换热器侧和风机盘管侧设置第一输入口，第一输入口用于输入空气源热泵和风机盘管的总功率；在风机盘管的供回水之间设置冷量表，冷量表用于以电功率的形式表征输出的冷热量。

可选地，对地源热泵供热系统的输入输出连接点建模，包括：在地源热泵换热器侧和水泵侧设置第二输入口，第二输入口用于输入地源热泵和水泵的总功率；在散热器的供回水之间设置冷量表，冷量表用于以电功率的形式表征输出的冷热量。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种热泵类电采暖设备的建模处理装置，包括：确定模块，用于确定热泵类电采暖设备的组成部件；获取模块，用于获取组成部件的运行参数；仿真模块，用于利用Modelica语言依据组成部件的运行参数对热泵类电采暖设备进行仿真建模。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序运行时控制存储介质所在的设备执行以上的热泵类电采暖设备的建模处理方法。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行以上的热泵类电采暖设备的建模处理方法。

在本申请实施例中，采用空气源热泵供热系统，空气源热泵供热系统包括：空气源热泵供热系统所在的房屋、空气源热泵、风机盘管、控制系统以及空气源热泵供热系统的输入输出连接点；地源热泵供热系统，地源热泵供热系统包括：地源热泵供热系统所在的房屋、地源热泵、散热器以及地源热泵供热系统的输入输出连接点的方式，通过利用Modelica语言依据热泵类电采暖设备的组成部件的运行参数对该热泵类电采暖设备进行仿真建模，达到了从电采暖设备用户需求侧研究电采暖设备的供暖效果的目的，从而实现了提高电采暖设备的仿真结果的精确度，并且为用户选择电采暖设备的型号提供参考依据的技术效果，进而解决了现有的电采暖设备的仿真建模技术存在一定的局限性，而且仿真结果不够精确，不能完全精确地反映“煤改电”住户的真实状况，误差较大的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种热泵类电采暖设备的建模处理方法的流程图；

图2a是根据本申请实施例的一种空气源热泵模型的示意图；

图2b是根据本申请实施例的一种风机盘管模型的示意图；

图2c是根据本申请实施例的一种空气源热泵供热系统的输入输出连接点模型的示意图；

图2d是根据本申请实施例的一种地源热泵模型的示意图；

图2e是地源热泵热力学循环示意图；

图2f是根据本申请实施例的一种散热器模型的示意图；

图2g是根据本申请实施例的一种地源热泵供热系统的输入输出连接点模型的示意图；

图3是根据本申请实施例的一种热泵类电采暖设备的建模处理装置的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本申请实施例，提供了一种热泵类电采暖设备的建模处理方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本申请实施例的一种热泵类电采暖设备的建模处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，确定热泵类电采暖设备的组成部件。

根据本申请的一个可选的实施例，热泵类电采暖设备的组成部件包括：空气源热泵供热系统，空气源热泵供热系统包括：空气源热泵供热系统所在的房屋、空气源热泵、风机盘管、控制系统以及空气源热泵供热系统的输入输出连接点；地源热泵供热系统，地源热泵供热系统包括：地源热泵供热系统所在的房屋、地源热泵、散热器以及地源热泵供热系统的输入输出连接点。

步骤S104，获取组成部件的运行参数。

步骤S106，利用Modelica语言依据组成部件的运行参数对热泵类电采暖设备进行仿真建模。

Modelica建模语言是一种适用于大规模复杂异构物理系统建模的面向对象语言。Modelica建模语言基本属性主要如下：1)可以满足多领域建模需求，例如机电模型(机器人、汽车和航空应用中的机电系统包含了机械、电子、液压和控制子系统)、过程应用、电力发电和输送等；2)模型的数学描述是微分、代数和离散方程(组)，相关工具能够决定如何自动求解方程变量，因而无需手工处理；3)对具有超过10万个方程的大规模模型，可以使用专门的算法进行有效处理；4)适用于半实物仿真和嵌入式控制系统。

Modelica是一种理想的多工程耦合建模语言，它几乎可以用于所有工程领域的系统特性建模，此它不会人为地限制其应用的工程领域或系统。Modelica语言提供了一整套用于建立集总参数模型的方法，几乎涉及所有的工程应用系统，所以很适合多领域物理系统的建模。

通过上述步骤，通过利用Modelica语言依据热泵类电采暖设备的组成部件的运行参数对该热泵类电采暖设备进行仿真建模，达到了从电采暖设备用户需求侧研究电采暖设备的供暖效果的目的，从而实现了提高电采暖设备的仿真结果的精确度，并且为用户选择电采暖设备的型号提供参考依据的技术效果。

根据本申请的一个可选的实施例，步骤S106可以通过以下方法实现：分别对空气源热泵供热系统所在的房屋、空气源热泵、风机盘管以及空气源热泵供热系统的输入输出连接点建模；分别对地源热泵供热系统所在的房屋、地源热泵、散热器以及地源热泵供热系统的输入输出连接点建模。

根据本申请的一个可选的实施例，对空气源热泵供热系统所在的房屋和地源热泵供热系统所在的房屋建模，包括：对空气源热泵供热系统所在的房屋和地源热泵供热系统所在的房屋的得热过程进行建模，其中对房屋的得热过程进行建模包括：对房屋的不透明围护结构的传热得热过程进行建模；对房屋的透明围护结构的传热得热过程进行建模；对房屋的辐射得热过程进行建模。

电锅炉应用于房间的制热或制冷，所以对于房间的温度获得和散失是需要考虑的，考虑到房间内获得的外部阳光得热，通过窗户的热量散失，所以有必要对房间模型进行建模，即对得热过程进行数学建模。热量传递是一种复杂的现象，常把它分成三种基本方式，即导热、热对流及热辐射。生产和生活中所遇到的热量传递现象往往是这三种基本方式的不同主次的组合。针对房间室外的得热可以分成三种，针对不透明围护结构的传热得热、对透明围护结构的传热得热和辐射得热。

透明与不透明围护结构传热可简化为一维传热问题，室外的热流传入室内，要经过多层围护结构材料，关于每层中的傅里叶方程为

式中，ρ为密度，kg/m3；c为空气比热容，J/(kg·K)；T(x,t)为x处在t时刻温度，开尔文K；k为导热系数，W/(m·K)。如果c＝0，那将分别把每层当成是稳态传热来计算。

其中有四个单独的模型，它们分别用来计算红外线辐射在房间内表面之间的、红外线辐射得热、太阳辐射的分布及辐射温度的分布。

关于太阳辐射在房间表面的分布计算为：设Nω代表窗的个数，Nf表示地板表面个数，Nn表示非地板表面(如窗、屋顶、墙)的个数。总的太阳辐射为H。假设H先到达地面的部分被吸收，一部分被反射到其他表面。这里只考虑第一次反射，同时忽略地板与窗所在位置。所以每个地板表面i辐射得热为：

式中

和

为表面Aⁱ的太阳光透射率和吸收率。

其中，地板反射总辐射为：

总辐射中反射进非地板区域i∈{1,...,Nⁿ}为：

对于不透明的表面，热流量

当成与热端口(heat port)的热流量相等。考虑窗户中的玻璃，热流量

看作

约等于窗户遮阳或玻璃上得到的太阳辐射。

室内表面如墙面等，它的红外线辐射传热计算结果是，每个不透明表面的辐射力计算公式为：

式中，σ为史蒂芬-玻尔兹曼常数；

为红外线吸收率；Aⁱ为表面面积，m2；Tⁱ为表面温度，K。

辐射到达表面i的为：

其中，N＝N^ω+N^f+Nⁿ是所有表面的数量；F^j,i是由表面i到表面j的角系数；表面j的有效辐射是

W/m2。而对于不透明表面，辐射满足如下定律:

对每个表面i，热平衡是：

对不透明表面，热流量

看成与热端口(heat port)包含的热流量相等。透过窗户中的玻璃，Gⁱ当成是向外的辐射。

由表面j到表面i的角系数近似的有下式确定：

在各表面房间红外辐射总得热

的分布情况计算公式为：

人体散热、室内设备及散湿设定为固定值，由日程表来模拟设备的间歇运行及人员的上下班。

在本申请的一些可选的实施例中，对空气源热泵建模，包括：依据空气源热泵的实际运行结果对空气热源泵的性能曲线方程的参数进行拟合。

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。它是热泵的一种形式。顾名思义，热泵就是像泵那样，可以把无法直接利用的低位热能(比如空气、水、土壤中所含的热量)转换成可以利用的高位热能，这样达到节约部分高位能(比如煤、电能、燃气、油等)的目的。

图2a是根据本申请实施例的一种空气源热泵模型的示意图，对于空气源热泵的建模方法，主要有两种：其一是考虑空气源热泵的热力运行过程，然后进行模拟，不少研究人员和学者从制冷的基本原理出发，对空气源热泵进行性能分析和模拟；另外一种方法，是在空气源热泵运行过程中，考虑机组的性能变化，从而进行模拟，此法受到众多机组生产厂家的推崇，被当做首选研究方法。但考虑到空气源热泵机组众多模块的复杂性，逐个建模的难度大大增加，本申请实施例采用EnergyPlus中的性能曲线理论来建立空气源热泵的数学模型。该建模法的特点是无需分析空气源热泵机组中各模块的复杂原理，只需由机组的实际运行结果，把多项式中的参数进行拟合。

在制冷工况下，由运行参数或设备样本给出额定制冷量，考虑到运行过程中制冷量会变化，随着室外温度、空气流量及水温的波动进行变化，所以需要相应的修正参数来进行修正，修正公式为：

式中，cap_FF(ff)、cap_T(T_e,in,T_c,in)分别为流量与温度对制冷量的修正系数；T_c,in、T_e,in分别为冷凝器及蒸发器侧入口温度，℃。ff是流量系数，为实际流量和额定流量的比，定义公式为：

其中，

及

分别是空气的额定流量及实际流量，kg/s。

公式(11)中cap_T(T_e,in,T_c,in)是两侧温度对供冷量的修正系数，它的方程形式为：

其中，a₁:a₆为系数，通过样本数据或实验拟合得到。

在公式(11)中f_FF(ff)是空气流量对供冷量的修正系数，方程形式为：

cap_FF(ff)＝b₁+b₂ff+b₃ff²+b₄ff³+L (14)

式中，b₁:b_n为系数，通过样本数据或实验拟合得到。

和制冷量相同，机组EIR也会变化，随着室外温度、空气流量及水温的波动发生变化。它的修正公式为：

EIR(T_e,in,T_c,in,ff)＝EIR_T(T_e,in,T_c,in)EIT_FF(ff)/COP_nom (15)

式中，EIT_FF(ff)、EIR_T(T_e,in,T_c,in)分别为流量和温度对EIR的修正系数；COP_nom是在额定工况下机组的性能系数。

在公式(15)中EIR_T(T_e,in,T_c,in)的方程形式是

EIT_FF(ff)的方程形式是:

EIR_FF(ff)＝b₁+b₂ff+b₃ff²+b₄ff³+L (17)

空气源热泵仿真对象中风侧的风机和水侧的水泵都是定频，把水量和风量看成定值。所以，对于本模型：

cap_FF(ff)＝1

EIR_FF(ff)＝1 (18)

为了保证模型的准确性，cap_T(T_e,in,T_c,in)及EIR_T(T_e,in,T_c,in)中的参数都是通过实验数据拟合来得到。空气源热泵机组中，空气侧换热器的进风是环境空气，所以将环境温度当做空气侧的入口温度。

根据本申请的一个可选的实施例，对空气源热泵建模，还包括：在建模的过程中，建立回归方程，并依据回归方程验证建模过程中所使用的性能曲线方程对应的性能曲线数据是否为准确数据；在建模结束后，比对空气源热泵机组的实际供水温度曲线与模拟供水温度曲线，如果二者的相似度达到预设阈值，确定空气源热泵模型建模成功。

为验证模型的准确性，现以空气源热泵供热系统为例，通过模型建立过程和模型结果验证两个方面进行说明。

1)建模过程验证。建模过程验证以空气源热泵机组的性能曲线为例，机组制热量和EIR参数数据在图上是杂乱但有一定规律的点，通过建立回归方程，将散点图用一条曲线给表示出来，此即为代表机组性能的曲线，该方程经过origin分析得R方等于0.999，因此回归方程与数据及其相关。说明机组在建模时所用的性能曲线是准确的，整个供热系统的建模也是准确的。

2)建模结果验证。从建模结果上说明模型的准确性。还是以空气源热泵供热系统为例，将机组实测的供水温度曲线和模拟的供水温度曲线在同一时刻、同一气象条件、同一建筑下进行对比，可以发现实测数据和模拟数据趋势相同，相关性极大，数据吻合程度高达99.9％，此模型的准确性不言而喻。因此，可以认为，热电耦合模型中的供热模型与实际系统相比是具有很高的准确性的。

图2b是根据本申请实施例的一种风机盘管模型的示意图，风机盘管机组简称风机盘管。它是由小型风机、电动机和盘管(空气换热器)等组成的空调系统末端装置之一。盘管管内流过冷冻水或热水时与管外空气换热，使空气被冷却，除湿或加热来调节室内的空气参数。它是常用的供冷、供热末端装置。

风机盘管模型采用的是集中参数法来进行计算，此方法对风机盘管的换热过程进行简化、推导，忽略盘管外形尺寸，得到的最终方程，通过盘管两侧的单位温差换热量和额定流量就能描述风机盘管的换热性能。

风机盘管的换热量取决于两流体之间的平均换热系数和换热器换热面积，写作(U_avg·A)。对于翅片管(翅片管是一种换热元件。是为了提高换热效率，通常在换热管的表面通过加翅片，增大换热管的外表面积(或内表面积)，从而达到提高换热效率的目的，这样一种换热管)，(U_avg·A)可以写成

式中，(1/(hA))_w是换热器水侧和水的热阻；(1/(UA))_pipe是管道热阻；

是换热器空气侧和空气的热阻，其中包含翅片热阻以及管道表面、翅片对空气的对流换热热阻，所以可以写做：

式中，(1/(UA))_f是翅片热阻；(1/(hA))_a是管道表面、翅片对空气的对流换热的热阻。考虑到管道的热阻远小于对流传热热阻，即：

所以管道热阻可忽略，公式(21)可简化为：

在稳态情况下，翅片底部和空气的换热为：

其中，T_a和T_r与分别为空气和翅片底部的温度，℃。

所以，翅片表面和空气的换热可以用下面公式计算：

Q＝∫h_a(T_f-T_a)dA (24)

式中，h_a是翅片表面的对流传热系数；T_f是该点的翅片温度。

为方便表示，引入翅片效率η_f，η_f是翅片对空气的换热量比上加入的翅片都是底部温度时的换热量：

将公式(25)进行变化，可得到翅片底部和空气的换热热阻是：

将式(24)代入式(25)得：

假设在整个翅片表面上的对流换热系数是常数，将式(25)代入式(27)得到：

所以公式(28)可以写做：

通常情况，由于换热器的几何尺寸是未知的，所以(hA)也是未知的。但为了确定额定工况下的(hA)₀值，可以利用额定工况下的(U_avg·A)₀，通过计算NTU₀得到：

式中，

和

分别为水和空气的比热容量。

比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比。比热容是表示物质热性质的物理量。通常用符号c表示。比热容与物质的状态和物质的种类有关。

NTU₀值仅取决于两侧流体在进口时的状态(质量流量和温度)，这可以由额定工况下的两侧流量和热流量Q₀得到。由于两侧流量和Q₀可以由样本得到，所以将这三个值当成输入参数。

在空气侧，换热系数是：

式中，T_in是空气入口温度，℃；V是空气流量，kg/s；V_nominal是空气额定流量，kg/s；r是空气侧与水侧除以流换热系数，计算公式是：

由近似求解得：

式中，V_a,0是空气侧流速，m/s；V_w,0是水侧流速，m/s；a₁、a₂是常数，当供热时分别为0.68、0.2。

水侧换热系数为：

式中，T_in是水入口温度，℃；V是水流量，kg/s；V_nominal是空气额定流量，kg/s；

盘管对流传质系数由传热与传质之间的相似定律而得，计算公式是:

式中，h是对流传热系数，W/(m2·K)；h_m是对流传质系数，m/s；ρ为密度，kg/m3；c_p代表空气比热容，J/(kg·K)；Le代表刘易斯数；n为由边界层分析而得到的系数，一般取n＝1/3。

所以，湿空气在经过风机盘管后的除湿量是：

式中，

是除湿量，kg/s；G_c＝hA是显热传热，W/K；X_s、X_∞分别是空气和边界层的绝对湿度。此模型中，X_s为盘管外壁面上的温度对应着饱和湿空气的绝对湿度。

为了保证盘管能准确地输出各档位流量，将风机模型简化为一个“源”模型，此模型可通过控制逻辑来给出相应的质量流量。同时，为确保“源”给盘管的绝对湿度和温度与室内的相等，再通过相应的“传感器”模型和室内进行连接，来达到与真实的风机盘管相同功能的使用效果。由于“源”会随着控制逻辑给“房间”提供新的“空气”，为了保证模拟的准确性，此时还需将房间模型与一个“边界”进行相连，将多余的“空气”排放到“边界”中。

根据本申请的一个可选的实施例，对空气源热泵供热系统的输入输出连接点建模，包括：在空气源热泵换热器侧和风机盘管侧设置第一输入口，第一输入口用于输入空气源热泵和风机盘管的总功率；在风机盘管的供回水之间设置冷量表，冷量表用于以电功率的形式表征输出的冷热量。图2c是根据本申请实施例的一种空气源热泵供热系统的输入输出连接点模型的示意图。

由于实际的空气源热泵需要通电才可运行，考虑到这点，搭建的模型也有相应的电能输入口，这样才能正常运行，为了探究其对电网运行的影响时，就是通过设定的接口来传递空气源热泵所需的电功率，以此来进行模型的耦合运行。本模型输入为电能，输出为冷热量，因此在空气源热泵换热器侧和风机盘管侧设置有电能的输入口，输入口接入风机盘管和空气源热泵的总功率；在风机盘管的供回水之间设置有冷量表以功率的形式进行输出。

在本申请的一些可选的实施例中，对地源热泵供热系统的输入输出连接点建模，包括：在地源热泵换热器侧和水泵侧设置第二输入口，第二输入口用于输入地源热泵和水泵的总功率；在散热器的供回水之间设置冷量表，冷量表用于以电功率的形式表征输出的冷热量。

地源热泵模型是采用涡旋式压缩机的水源热泵模型，图2d是根据本申请实施例的一种地源热泵模型的示意图，图2e是地源热泵热力学循环示意图，热力学循环(thermodynamical cycle)：指的是工作物质经过一系列状态的变化后回到它的初始状态这种周而复始的全过程，又称循环过程，简称循环。例如热机工作时，其中的工作物质(如蒸汽机中的蒸汽)即通过一系列的状态变化，把从高温热源吸取热量的一部分转变为机械功，将一部分废热排放到低温热源，而工作物质本身又回复到原来的状态。由于热机要不断地工作，其中的工作物质就必须周而复始地进行这种循环过程，以不断地从热源吸取热量并对外作功。

传递给蒸发器的热量的速率可由下式算出：

式中：

是传递给蒸发器的热量，kJ；

是制冷剂的质量流量，kg/s；hVap(TEva)和hLiq(TCon)分别是压缩机进出口的焓值，kW/kg。

压缩机消耗的功率根据线性效率关系得到：

式中：P是实际压缩机功率，kW；η是压缩机效率；PTheoretical是理论压缩机功率，kW；PLoss,constant是压缩机损失功率，kW。

假定制冷剂温度是恒定的，同时流体和制冷剂之间的传热系数是恒定的，则使用ε-NTU方法来计算冷凝器和蒸发器中的热传递。可变速度的实现是通过将满负荷情况下吸入的体积流量乘以标准化压缩机速度，以此来实现可变速度。若处于热泵模式，当蒸发压力高于冷凝压力时，则传热速率和功率被迫为零，机组停机。

参数TEvaMin和TConMax可用于设置蒸发器和冷凝器的下限或上限。当冷凝器温度小于蒸发器温度或这些条件不满足时，压缩机停用。本模型对热泵的温度保护进行模拟，而且避免了环路或蒸发器介质的冻结和方程的非收敛代数。

图2f是根据本申请实施例的一种散热器模型的示意图，如图2f所示，这是可用作稳态或动态模型的散热器模型。其所需的参数通常是来自遵循着欧洲标准的EN442-2制造商的数据。为了可以改变质量流量，将沿着水流路径的离散化，以此来计算传递的热量，同时在每个隔室和辐射温度和均匀的室内空气之间来交换热量。这样的离散化与EN 442-2中的计算是不同的，在低质量流量情况下，这可能会导致出水口温度低于室温。另外，该模型使用不仅一个室温，而是使用室内辐射温度和室内空气。

对传递的热量建模如下：设N为离散散热器模型所用的单元数。对每个元素i∈{1，...，N}，从散热器到房间的对流和辐射传热Qic和Qir表示为：

式中Ti为元件的水温，Ta为室内空气的温度，Tr为辐射温度，0<fr<1为辐射对总传热的比例，n是传热指数，UA是散热器的传热系数。该模型通过数值求解给定的标称加热功率，及标称温度，及辐射到总热传递的分数及传热指数的上述方程，以此来计算UA值。

参数energyDynamics(在假设选项卡中)来确定模型是计算稳态还是动态响应。对于瞬态响应，比如水和金属质量，用有限体积法来计算蓄热量，对这两者都假设处于同样的温度。

图2g是根据本申请实施例的一种地源热泵供热系统的输入输出连接点模型的示意图，由于该模型需要一定的电能输入才能正常运行，为了探究其对电网运行的影响时需要设定一定的接口进行模型的耦合运行。本模型输入为电能，输出为冷热量，因此在地源热泵换热器侧和水泵侧设置有电能的输入口，输入口输入水泵和地源热泵的总功率；在散热器的供回水之间设置有冷量表以功率的形式进行输出。

本申请实施例通过Modelica建模仿真实现，具备以下优势：建模方便，互相兼容的多领域模型库能实现对复杂综合系统的高置信度建模，支持面向对象建模、非因果建模、多领域统一建模、陈述式物理建模和连续离散混合建模。模型重用性高，非因果关系的基于方程的模型可用于仿真多种不同的问题，或者稍加修改即可用于描述类似的系统。无需符号处理，基于方程的建模可以将用户从将方程转换为因果赋值形式或方块图的繁琐工作中解脱出来，使模型变得更加有效和健壮。开放的模型库，用户可以很容易地开发自己的模型或采用已有的模型来满足自己的独特需求，也可以将定制模型加入库中以备重用。建模与仿真相对独立，用户只需关注于模型的陈述，即怎样通过数学方程表述仿真对象的行为，而不必考虑模型求解的详细实现。

图3是根据本申请实施例的一种热泵类电采暖设备的建模处理装置的结构图，如图3所示，该装置包括：

确定模块30，用于确定热泵类电采暖设备的组成部件。

获取模块32，用于获取组成部件的运行参数。

仿真模块34，用于利用Modelica语言依据组成部件的运行参数对热泵类电采暖设备进行仿真建模。

需要说明的是，图3所示实施例的优选实施方式可以参见图1所示实施例的相关描述，此处不再赘述。

本申请实施例还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序运行时控制存储介质所在的设备执行以上的热泵类电采暖设备的建模处理方法。

存储介质用于存储执行以下功能的程序：确定热泵类电采暖设备的组成部件；获取组成部件的运行参数；利用Modelica语言依据组成部件的运行参数对热泵类电采暖设备进行仿真建模。

本申请实施例还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行以上的热泵类电采暖设备的建模处理方法。

处理器用于处理执行以下功能的程序：确定热泵类电采暖设备的组成部件；获取组成部件的运行参数；利用Modelica语言依据组成部件的运行参数对热泵类电采暖设备进行仿真建模。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种热泵类电采暖设备的建模处理方法，其特征在于，包括：

确定热泵类电采暖设备的组成部件；

获取所述组成部件的运行参数；

利用Modelica语言依据所述组成部件的运行参数对所述热泵类电采暖设备进行仿真建模。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热泵类电采暖设备的组成部件包括：

空气源热泵供热系统，所述空气源热泵供热系统包括：所述空气源热泵供热系统所在的房屋、空气源热泵、风机盘管、控制系统以及所述空气源热泵供热系统的输入输出连接点；

地源热泵供热系统，所述地源热泵供热系统包括：所述地源热泵供热系统所在的房屋、地源热泵、散热器以及所述地源热泵供热系统的输入输出连接点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述热泵类电采暖设备进行仿真建模，包括：

分别对所述空气源热泵供热系统所在的房屋、所述空气源热泵、所述风机盘管以及所述空气源热泵供热系统的输入输出连接点建模；

分别对所述地源热泵供热系统所在的房屋、所述地源热泵、所述散热器以及所述地源热泵供热系统的输入输出连接点建模。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述空气源热泵供热系统所在的房屋和所述地源热泵供热系统所在的房屋建模，包括：

对所述空气源热泵供热系统所在的房屋和所述地源热泵供热系统所在的房屋的得热过程进行建模，其中对所述房屋的得热过程进行建模包括：

对所述房屋的不透明围护结构的传热得热过程进行建模；

对所述房屋的透明围护结构的传热得热过程进行建模；

对所述房屋的辐射得热过程进行建模。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述空气源热泵建模，包括：

依据所述空气热源泵的实际运行结果对所述空气热源泵的性能曲线方程的参数进行拟合。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述空气源热泵建模，还包括：

在建模的过程中，建立回归方程，并依据所述回归方程验证建模过程中所使用的所述性能曲线方程对应的性能曲线数据是否为准确数据；

在建模结束后，比对所述空气源热泵机组的实际供水温度曲线与模拟供水温度曲线，如果二者的相似度达到预设阈值，确定所述空气源热泵模型建模成功。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述空气源热泵供热系统的输入输出连接点建模，包括：

在空气源热泵换热器侧和风机盘管侧设置第一输入口，所述第一输入口用于输入所述空气源热泵和所述风机盘管的总功率；

在所述风机盘管的供回水之间设置冷量表，所述冷量表用于以电功率的形式表征输出的冷热量。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述地源热泵供热系统的输入输出连接点建模，包括：

在地源热泵换热器侧和水泵侧设置第二输入口，所述第二输入口用于输入所述地源热泵和所述水泵的总功率；

在所述散热器的供回水之间设置冷量表，所述冷量表用于以电功率的形式表征输出的冷热量。

9.一种热泵类电采暖设备的建模处理装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定热泵类电采暖设备的组成部件；

获取模块，用于获取所述组成部件的运行参数；

仿真模块，用于利用Modelica语言依据所述组成部件的运行参数对所述热泵类电采暖设备进行仿真建模。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制存储介质所在的设备执行权利要求1至8中任意一项所述的热泵类电采暖设备的建模处理方法。

11.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至8中任意一项所述的热泵类电采暖设备的建模处理方法。

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