CN111397934A - 一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，包括：采集地源热泵系统实时运行数据；根据所述数据计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；根据系统运行实时制冷能效比、实时制热性能系数确定系统实时运行状态；判断系统实时运行状态是否满足标准，若是，则对该运行状态对应的日期、时间及实时运行数据进行保存，若否，则根据系统运行历史数据进行系统调试，直至达到标准；若调试次数达到设定值时仍未达到标准，则系统发出报警信号；本发明还公开一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置。本发明通过比对系统运行历史数据，确定系统调节方式，保证了调节之后系统的运行效果，对调节结果进行判定和复核，保证了方法的可靠性。

Description

一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法、装置

技术领域

本发明属于暖通空调地源热泵系统技术领域，尤其涉及一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法、装置。

背景技术

随着人类世界科技的进步以及经济的发展，能源已成为人类生存发展的物质基础。伴随着经济社会的快速发展及人口数量的持续増长，能源需求越来越大，而化石资源等不可再生能源的持续开采、消耗，储量减少，使得能源供需矛盾日益凸显，地源热泵系统作为一种清洁的可再生能源得到了广泛的应用。

根据《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》、《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801-2013内容，地源热泵系统示范项目的测试内容主要包括三个方面：形式检查、系统性能检测和系统能效评估。该地源热泵系统性能检测方法是通过对系统运行的单个状态点进行测试评价，实际工程中应用的地源热泵系统运行状态会随着用户负荷率的不同而发生相应改变，现有的检测方法不能有效的对地源热泵系统全年运行状态进行考核，而对于安装能耗监测平台的地源热泵系统，虽然能耗监测平台可以显示出地源热泵运行状态，但现有的能耗监测平台初投资较高且系统运行策略较为单一，甚至不能根据项目实际运行情况对系统有效的调节，造成了系统在较低的能效比下运行，甚至不能满足用户的冷热需求。

发明内容

本发明针对现有的检测方法不能有效的对地源热泵系统全年运行状态进行考核、现有的能耗监测平台不能根据项目实际运行情况对系统有效的调节的问题，提出一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法、装置。通过系统感知层采集得到地源热泵系统运行(性能)参数，经处理后输出地源热泵系统实时制冷能效比、实时制热性能系数，并对地源热泵系统实时制冷能效比、实时制热性能系数进行判定，若此时的系统运行能效不满足要求，则进行调节；若满足要求，则对此时运行状态对应的各参数进行存储，进而保证地源热泵系统稳定运行效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，包括：

步骤1：采集地源热泵系统实时运行数据；

步骤2：根据所述数据计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

步骤3：根据系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP确定系统实时运行状态；

步骤4：判断系统实时运行状态是否满足标准，若是，则对该运行状态对应的日期、时间及实时运行数据进行保存，若否，则根据系统运行历史数据进行系统调试，直至达到标准；若调试次数达到设定值时仍未达到标准，则系统发出报警信号。

进一步地，所述运行数据包括室内外温度、系统供回水温度、流量、地源热泵系统耗电量。

进一步地，在所述步骤2之后，还包括：

输出系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

显示系统运行实时运行数据、实时制冷能效比EER及实时制热性能系数COP。

进一步地，根据系统运行历史数据进行系统调试包括：

计算系统运行历史数据的KL散度，取KL散度最小的系统运行历史数据对应的系统运行状态，并将系统调节至该状态。

进一步地，所述运行历史数据包括日期、时间及对应运行数据。

一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置，包括：

数据采集模块，用于采集地源热泵系统实时运行数据；

数据处理模块，用于根据所述数据计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

检测结果判定模块，用于根据系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP确定系统实时运行状态；

系统优化控制模块，用于判断系统实时运行状态是否满足标准，若是，则对该运行状态对应的日期、时间及实时运行数据进行保存，若否，则根据系统运行历史数据进行系统调试，直至达到标准；若调试次数达到设定值时仍未达到标准，则系统发出报警信号。

进一步地，还包括：

结果输出模块，用于输出系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

显示模块，用于显示系统运行实时运行数据、实时制冷能效比EER及实时制热性能系数COP。

进一步地，所述数据采集模块包括温湿度传感器、温度传感器、流量传感器和电能表。

进一步地，所述显示模块为显示器或打印机。

进一步地，所述系统优化控制模块还用于：

计算系统运行历史数据的KL散度，取KL散度最小的系统运行历史数据对应的系统运行状态，并将系统调节至该状态。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

与现有通过系统单个运行工况点来评价地源热泵系统运行效果的方法相比，本发明通过实时采集系统运行数据，分析不同负荷率情况下的系统实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP，确定系统运行状态，提高了评价方法的准确性；对于运行效率较低的工况，本发明通过比对系统运行历史数据，确定系统调节方式，保证了调节之后系统的运行效果，本发明提出了对调节结果进行判定和复核，若有限次调节之后依旧未达到理想运行状态，则系统会向运维人员报警，保证了方法的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法的基本流程图；

图2为发明实施例一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法的测点布置图；

图3为本发明实施例一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置的结构示意图；

图中，1.温湿度传感器；2.温度传感器；3.流量传感器；4.电能表；201.数据采集模块；202.数据处理模块；203.检测结果判定模块；204.系统优化控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明：

如图1所示，一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，包括：

步骤S101：采集地源热泵系统实时运行数据；

步骤S102：根据所述数据计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

步骤S103：根据系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP确定系统实时运行状态；

步骤S104：判断系统实时运行状态是否满足标准，若是，则对该运行状态对应的日期、时间及实时运行数据进行保存，若否，则根据系统运行历史数据进行系统调试，直至达到标准；若调试次数达到设定值时仍未达到标准，则系统发出报警信号。

进一步地，所述运行数据包括室内外温度、系统供回水温度、流量、地源热泵系统耗电量；系统供回水温度包括用户侧供回水温度和地源侧供回水温度；系统供回水流量包括用户侧供回水流量和地源侧供回水流量；地源热泵系统耗电量包括地源热泵机组耗电量、用户侧水泵消耗电量、地源侧水泵消耗电量。地源热泵系统在运行过程中，通过安装在系统上的传感器(具体安装位置如图2所示)采集系统实时运行数据，采集参数有用户侧供回水温度、用户侧供回水流量、地源侧供回水温度、地源侧供回水流量、地源热泵机组耗电量、用户侧水泵耗电量、地源侧水泵耗电量、室内温度、室外温度等参数，采集时间间隔为5min，并将采集的运行数据传递给下一步进行处理。

进一步地，所述步骤S102包括：

对数据进行分析处理，计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP，具体计算方法如下：

W＝W_i+W_j+W_k

式中：EER——地源热泵系统制冷能效比；

COP——地源热泵系统制热性能系数；

Q——地源热泵系统制冷量或制热量；

W——地源热泵系统耗电量；

V——地源热泵机组用户侧平均流量；

Δt——地源热泵机组用户侧进出口载冷剂平均温差；

ρ——地源热泵机组载冷剂平均密度；

c——地源热泵机组载冷剂平均定压比热；

W_i——地源热泵机组消耗电量；

W_j——地源热泵系统用户侧水泵消耗电量；

W_k——地源热泵系统地源侧水泵消耗电量。

进一步地，在所述步骤S102之后，还包括：

输出系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

显示系统运行实时运行数据、实时制冷能效比EER及实时制热性能系数COP。

进一步地，所述步骤S103包括：

对输出的系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP进行判定，进而确定系统此时的运行状态。具体地，国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T50801-2013中根据系统运行时制冷能效比EER、制热性能系数，对地源热泵系统性能级别划分为三个等级，具体如下：

表1地源热泵系统性能级别划分

工况	1级	2级	3级
				制热性能系数	COP≥3.5	3.5＞COP≥3.0	3.0＞COP≥2.6
制冷能效比	EER≥3.9	3.9＞EER≥3.4	3.4＞EER≥3.0

同时，根据具体工程项目的需要，用户也可以自定义判定标准，值得说明的是，自定义判定标准需符合国家标准。

进一步地，所述步骤S104包括：

对于实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP满足国家标准或用户自定义性能要求的运行状态，对系统的运行状态进行存储，存储参数包括日期、时间、室内外温度、系统供回水温度、流量、地源热泵系统耗电量等(还可包括水泵扬程流量、阀门开度)。对于实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP不满足国家标准或用户自定义性能要求的运行状态，调取系统运行历史数据库，按照室外温度查询系统运行历史状态点，确定系统最佳调试方案并进行系统调节，并在20min后再对系统运行状态进行判定，若判定结果为“是”则存储数据，若结果为“否”则继续，若当调试3次之后判定结果依旧为“否”时，则系统发出报警信号。

具体地，当地源热泵系统的运行状态不满足国家标准或用户自定义性能要求时，将按照室外温度依次查询系统运行历史数据库。查询目标值为系统运行历史数据库中与当前室外温度相近的数据(±1℃)，并优先选择运行时间接近的数据，然后调取该历史数据以及该历史数据近2个小时的数据与当前数据以及当前数据近2个小时的数据进行比对，比对方法可采用KL散度(Kullback-Leibler divergence)计算，最后取KL散度最小的历史数据，调取该数据对应的系统运行状态，并将系统调节至该状态，并对系统运行工况进行监测。并在20min后再进行判定，若判定结果为“是”则存储数据，若结果为“否”则继续，若当调试3次之后判定结果依旧为“否”时，则系统发出报警信号，告知运维人员进行手动调节。下面通过举例来说明KL散度计算方法：

现有一地源热泵系统，每5min采集一次系统运行数据，在2019年8月11日13：00分时，温湿度传感器1监测到室外温度为37.7℃，计算出该系统实时制热性能系数COP不满足国家标准或用户自定义性能要求值，从历史运行数据库中查找37.7±1℃的历史运行数据共5组(如表2所示)，并优先选择相近时间的3组数据：P1、P2、P3，并进行下一步运算。

表2查询到的历史运行数据

序号	日期	时间	温度(℃)
				P1	8月8日	11:30	38.08
P2	7月29日	11:20	38.24
				P3	7月26日	11:00	38.67
P4	7月23日	14:00	36.8
				P5	7月20日	14:35	37.2

调取P1、P2、P3组数据历史数据及该历史数据近2个小时的数据如表3所示，并与2019年8月11日11:00～13:00数据Q进行比对。

表3查询到的数据组

代入相对熵公式：

计算得到：D_KL(P₁||Q)＝1.49×10^-5

D_KL(P₂||Q)＝1.004×10^-4

D_KL(P₃||Q)＝5.745×10^-4

故数据P1与系统当前工况最为接近，此时调取2019年8月8日11:30系统状态参数，并将系统调节至该状态，继续对系统运行工况进行监测。

本发明提供的一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，与现有通过系统单个运行工况点来评价地源热泵系统运行效果的方法相比，本发明通过实时采集系统运行数据，分析不同负荷率情况下的系统实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP，确定系统运行状态，提高了评价方法的准确性；同时对于运行效率较低的工况，本发明通过比对系统运行历史数据，确定系统调节方式，为保证调节之后系统的运行效果，本方法提出了对调节结果进行判定和复核，若3次调节之后依旧未达到理想运行状态，则系统会向运维人员报警，保证了方法的可靠性。

在上述实施例的基础上，如图3所示，本发明还公开一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置，包括：

数据采集模块201，用于采集地源热泵系统实时运行数据；

数据处理模块202，用于根据所述数据计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

检测结果判定模块203，用于根据系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP确定系统实时运行状态；

系统优化控制模块204，用于判断系统实时运行状态是否满足标准，若是，则对该运行状态对应的日期、时间及实时运行数据进行保存，若否，则根据系统运行历史数据进行系统调试，直至达到标准；若调试次数达到设定值时仍未达到标准，则系统发出报警信号。

进一步地，还包括：

结果输出模块，用于输出系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP。具体地，所述数据采集模块201包括温湿度传感器1、温度传感器2、流量传感器3和电能表4；温湿度传感器1用于测量室内外温度，温度传感器2用于测量系统供回水温度，流量传感器3用于测量系统供回水流量，电能表4用于测量地源热泵系统耗电量；作为一种可实施方式，电能表4可为三相多功能电表。

显示模块，用于显示系统运行实时运行数据、实时制冷能效比EER及实时制热性能系数COP。具体地，显示模块是用户了解系统运行状态的窗口，用户可以通过显示装置来确定系统内各传感器反馈的参数以及系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP。显示装置可以为显示器、打印机等输出设备。

进一步地，所述系统优化控制模块204还用于：

计算系统运行历史数据的KL散度，取KL散度最小的系统运行历史数据对应的系统运行状态，并将系统调节至该状态。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

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

Claims (10)

1.一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：采集地源热泵系统实时运行数据；

步骤2：根据所述数据计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

步骤3：根据系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP确定系统实时运行状态；

步骤4：判断系统实时运行状态是否满足标准，若是，则对该运行状态对应的日期、时间及实时运行数据进行保存，若否，则根据系统运行历史数据进行系统调试，直至达到标准；若调试次数达到设定值时仍未达到标准，则系统发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，其特征在于，所述运行数据包括室内外温度、系统供回水温度、流量、地源热泵系统耗电量。

3.根据权利要求1所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，其特征在于，在所述步骤2之后，还包括：

输出系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

显示系统运行实时运行数据、实时制冷能效比EER及实时制热性能系数COP。

4.根据权利要求1所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，其特征在于，根据系统运行历史数据进行系统调试包括：

计算系统运行历史数据的KL散度，取KL散度最小的系统运行历史数据对应的系统运行状态，并将系统调节至该状态。

5.根据权利要求1所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制方法，其特征在于，所述运行历史数据包括日期、时间及对应运行数据。

6.一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集地源热泵系统实时运行数据；

数据处理模块，用于根据所述数据计算系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

检测结果判定模块，用于根据系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP确定系统实时运行状态；

系统优化控制模块，用于判断系统实时运行状态是否满足标准，若是，则对该运行状态对应的日期、时间及实时运行数据进行保存，若否，则根据系统运行历史数据进行系统调试，直至达到标准；若调试次数达到设定值时仍未达到标准，则系统发出报警信号。

7.根据权利要求6所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置，其特征在于，还包括：

结果输出模块，用于输出系统运行实时制冷能效比EER、实时制热性能系数COP；

显示模块，用于显示系统运行实时运行数据、实时制冷能效比EER及实时制热性能系数COP。

8.根据权利要求6所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置，其特征在于，所述数据采集模块包括温湿度传感器、温度传感器、流量传感器和电能表。

9.根据权利要求7所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置，其特征在于，所述显示模块为显示器或打印机。

10.根据权利要求6所述的一种地源热泵系统性能检测及优化控制装置，其特征在于，所述系统优化控制模块还用于：

计算系统运行历史数据的KL散度，取KL散度最小的系统运行历史数据对应的系统运行状态，并将系统调节至该状态。

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