CN114234466A - 一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制方法，水源二氧化碳热泵系统跨临界运行时存在一个最优的气冷器压力，在该压力下，系统性能系数达到最优。本发明根据设定的气冷器进、出水温度及蒸发器进水温度，依据相应的目标函数，通过PID控制器计算结果来控制水源二氧化碳热泵系统内的电子膨胀阀过热度，使得在不同的气冷器进、出水温度及蒸发器进水温度下，热泵系统始终运行在最佳性能系数状态，以达到节能的目标。

Description

一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制 方法
技术领域
本发明属于热泵系统，具体是一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制方法。
背景技术
水源二氧化碳热泵系统跨临界运行时存在一个最优的气冷器压力，在该压力下，系统性能系数达到最优。
发明内容
针对上述水源二氧化碳热泵系统中存在最优气冷器压力，本发明的目的是提供一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制方法，使得在不同的气冷器进、出水温度及蒸发器进水温度下，热泵系统始终运行在最佳性能系数状态，以达到节能的目标。
为达到上述目的，本发明的一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制方法，其特征是：
在水源二氧化碳热泵系统的蒸发器的进口位置、出口位置各布置有一个温度传感器用以检测蒸发器进口位置、出口位置的温度，并依据检测的温度计算蒸发器的过热度值SH1；
根据设定的气冷器使用侧出水温度、温度传感器检测到的气冷器使用侧进水温度与蒸发器进水温度，计算得到系统优化运行时的目标过热度值SH2；
用PID控制器计算过热度值SH1与目标过热度值SH2的偏差值，并依据该偏差值来调节电子膨胀阀的开度，使得蒸发器出口的过热度值SH1与目标过热度值SH2接近，进而使得系统运行在最佳性能系数状态。
作为优选技术手段：所述系统优化运行时的目标过热度值SH2根据线性拟合数学模型SH2＝at热源侧进水温度+bt使用侧进水温度+ct使用侧设定出水温度+d计算得到，公式中的a为热源侧进水温度对目标过热度影响的权重系数，b为使用侧进水温度对目标过热度影响的权重系数，c为使用侧设定出水温度对目标过热度影响的权重系数，d为常数，t热源侧进水温度为热源侧进水温度，t使用测侧进水温度为使用侧进水温度，t使用侧设定出水温度为使用侧设定出水温度。
上述线性拟合数学模型中的权重系数a、b、c、d由对43组原始实验数据进行线性拟合获得(附表1)，分别为0.69386,-0.07868,-0.1327,6.45724。不同的水源二氧化碳热泵系统，权重系数a、b、c、d的值会不同，实际应用中需根据相应的实验数据进行线性拟合。
本发明根据设定的气冷器进、出水温度及蒸发器进水温度，依据相应的目标函数，通过PID控制模块计算结果来控制水源二氧化碳热泵系统内的电子膨胀阀过热度，使得在不同的气冷器进、出水温度及蒸发器进水温度下，热泵系统始终运行在最佳性能系数状态，达到节能的目标。
附图说明
图1为本发明水源二氧化碳热泵系统的原理图；
图中标号说明：1-二氧化碳压缩机；2-气冷器；3-回热器；4-电子膨胀阀；5-蒸发器；6-气液分离器；7-电磁阀；8-PID控制模块；T-温度传感器。
具体实施方式
为使本发明的控制方法和特点更加清楚，下面结合附图所示的水源二氧化碳热泵系统对本发明做进一步的详细说明。
图1所示为本发明的原理图，系统部件主要包括二氧化碳压缩机1、气冷器2、回热器3、电子膨胀阀4、蒸发器5、气液分离器6、电磁阀7、PID控制器8。气冷器2与蒸发器5之间设置有用于对气冷器压力及蒸发器流量进行调节的电子膨胀阀4；蒸发器5与回热器3之间设置的气液分离器6是为了保证没有液体二氧化碳进入二氧化碳压缩机1中，即保证压缩机的正常工作；PID控制器8控制电子膨胀阀开度的改变。
本发明的方法是：
在水源二氧化碳热泵系统的蒸发器的进口位置、出口位置各布置有一个温度传感器用以检测蒸发器进口位置、出口位置的温度，并依据检测的温度计算蒸发器的过热度值SH1；
根据设定的气冷器使用侧出水温度、温度传感器检测到的气冷器使用侧进水温度与蒸发器进水温度，计算得到系统优化运行时的目标过热度值SH2；
用PID控制器计算过热度值SH1与目标过热度值SH2的偏差值，并依据该偏差值来调节电子膨胀阀的开度，使得蒸发器出口的过热度值SH1与目标过热度值SH2接近，进而使得系统运行在最佳性能系数状态；
其中，系统优化运行时的目标过热度值SH2根据线性数学模型SH2＝at热源侧进水温度+bt使用侧进水温度+ct使用侧设定出水温度+d计算得到，公式中的a为热源侧进水温度对目标过热度影响的权重系数，b为使用侧进水温度对目标过热度影响的权重系数，c为使用侧设定出水温度对目标过热度影响的权重系数，d为常数，t热源侧进水温度为热源侧进水温度，t使用测侧进水温度为使用侧进水温度，t使用侧设定出水温度为使用侧设定出水温度。
上述线性拟合数学模型中的权重系数a、b、c、d由对43组原始实验数据进行线性拟合获得(附表1)，分别为0.69386,-0.07868,-0.1327,6.45724。不同的水源二氧化碳热泵系统，权重系数a、b、c、d的值会不同，实际应用中需根据相应的实验数据进行线性拟合。
表1拟合实验原始数据表
使用侧进水温度，℃ 使用侧出水温度，℃ 热源侧进水温度，℃ 最佳过热度，℃
5 55 15 8.99
30 85 30 14.31
10 55 10 6.1
10 65 10 3.35
10 75 10 2.47
10 85 10 2.53
7 55 5 1.29
7 65 5 2.53
25 65 25 13.61
25 75 25 12.68
25 85 25 10.02
25 85 15 3.64
25 85 10 1.97
15 85 25 11.88
15 85 10 1.06
10 85 15 4.67
10 85 25 10.2
30 85 25 10.42
30 85 15 4.14
25 85 30 14.25
15 85 30 15.61
15 75 30 16.45
15 55 25 15.04
15 55 30 20.19
15 65 30 17.88
10 55 15 10.35
10 55 25 14.87
25 55 30 17.78
25 55 25 15.61
25 55 15 8.94
30 55 30 16.89
30 55 25 14.19
30 55 15 7.23
15 65 25 14.6
15 65 15 7.56
15 65 10 2.46
15 55 10 3.63
25 55 10 4.35
10 65 15 8.55
10 65 25 15.84
30 55 10 4.71
7 55 10 4.02
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制方法，其特征是：
在水源二氧化碳热泵系统的蒸发器的进口位置、出口位置各布置有一个温度传感器用以检测蒸发器进口位置、出口位置的温度，并依据检测的温度计算蒸发器的过热度值SH1；
根据设定的气冷器使用侧出水温度、温度传感器检测到的气冷器使用侧进水温度与蒸发器进水温度，计算得到系统优化运行时的目标过热度值SH2；
用PID控制器计算过热度值SH1与目标过热度值SH2的偏差值，并依据该偏差值来调节电子膨胀阀的开度，使得蒸发器出口的过热度值SH1与目标过热度值SH2接近，进而使得系统运行在最佳性能系数状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于优化水源二氧化碳热泵系统运行的电子膨胀阀控制方法，其特征是：所述系统优化运行时的目标过热度值SH2根据线性拟合数学模型SH2＝at热源侧进水温度+bt使用侧进水温度+ct使用侧设定出水温度+d计算得到，公式中的a为热源侧进水温度对目标过热度影响的权重系数，b为使用侧进水温度对目标过热度影响的权重系数，c为使用侧设定出水温度对目标过热度影响的权重系数，d为常数，t热源侧进水温度为热源侧进水温度，t使用测侧进水温度为使用侧进水温度，t使用侧设定出水温度为使用侧设定出水温度。
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