WO2023115799A1 - 地源热泵中央空调系统的控制方法 - Google Patents

地源热泵中央空调系统的控制方法 Download PDF

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袁玉宝
常生强
张奎仲
申光鹏
张向平
郭雪峰
杜晓刚
平凯
刘晓琳
曹晓光
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石家庄科林电气股份有限公司
石家庄科林云能信息科技有限公司
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    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/10—Temperature
    • F24F2110/12—Temperature of the outside air

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of air conditioning systems, and in particular relates to a control method for a ground source heat pump air conditioning system.
  • the ground source heat pump system refers to the energy system that uses groundwater, surface water or soil as the carrier of heat (cold) to collect and store solar energy and geothermal energy to heat and cool production and life.
  • the system is mainly composed of a heat pump unit, an outdoor ground energy heat exchange system and an indoor terminal system. It has the advantages of environmental protection, no pollution, investment saving, simple structure, safety and reliability.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a control method for a ground source heat pump air conditioning system, the control method is simple and effective, and it is convenient for practical application.
  • ⁇ is the material constant of the thermistor temperature sensor
  • A is the resistance value of the thermistor temperature sensor at the rated temperature
  • T0 is the rated temperature.
  • the average value of the outdoor temperature measured in the previous 30 minutes is used as the outdoor temperature collected by the current thermistor temperature sensor.
  • the beneficial effects of the present invention are: 1. Use the temperature sensor to measure the current outdoor real-time temperature and perform seasonal correction on the measured value according to the characteristics of the sensor; 2. Establish an adjustment strategy between indoor working conditions and room temperature adjustment. Maintain a gentle change in the indoor temperature during drastic changes; 3. Input the outdoor temperature after feed-forward correction to the monitoring host, and combine the anti-shake mechanism (that is, use the average value within a certain period of time as the outdoor temperature value) to output the water outlet of the air conditioning unit The temperature setting value prevents frequent adjustment of the outlet water temperature setting value of the ground source heat pump unit; 4. Establish an adjustment strategy between the water pump and the outlet water temperature, and correct the outlet water temperature when the working state of the water pump changes; 5. Through the outdoor Considering factors such as temperature, indoor working conditions, and water pumps, on the premise of ensuring user comfort, adjustments are made between user comfort and energy saving, which improves user comfort and energy saving effects.
  • the invention provides a control method of a ground source heat pump air-conditioning system.
  • Tt ranspose ⁇ is the indoor temperature variation caused by the error of the thermistor temperature sensor
  • T working ⁇ is the indoor temperature variation caused by the indoor working conditions. Since the error caused by the temperature sensor is more important and the error is continuous, and the error caused by the indoor working condition is relatively sporadic, therefore, the proportion of Tt ranspose ⁇ in ⁇ T is larger.
  • ⁇ is the material constant of the thermistor temperature sensor
  • A is the resistance value of the thermistor temperature sensor at the rated temperature (25°C)
  • T 0 is the rated temperature, 25°C.
  • the average outdoor temperature measured in the previous 30 minutes is used as the outdoor temperature T collected by the current thermistor temperature sensor to adjust the equipment.
  • the water pump generally runs at a constant frequency to ensure a constant water flow.
  • the water flow into the unit will change, which will affect the outlet temperature of the unit. Therefore, in order to ensure the instantaneous outlet temperature is constant, it is necessary to modify the set temperature in time according to the frequency change of the water pump.
  • the operation process of the ground source heat pump air conditioning system based on the control method of the present invention is as follows.

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Abstract

提供一种地源热泵空调系统的控制方法，属于空调系统技术领域，包括：实时或者每隔一定时间采集室外温度；当室外温度为20-40℃时，根据y＝-0.94022•X+38.668控制地源热泵出水温度，当室外温度为-20-15℃时，根据y＝-0.54555•X+42.815控制地源热泵出水温度，其中，X为室外温度值，y为地源热泵机组的出水温度。通过对室外温度和室内工况以及水泵等因素的考虑，在保证用户舒适度的前提下，在用户舒适度与节能之间进行调节，提升了用户舒适度与节能效果。

Description

地源热泵中央空调系统的控制方法 技术领域
本发明属于空调系统技术领域，具体涉及一种地源热泵空调系统的控制方法。
背景技术
能源问题已成为近年来的热点问题并且成为人类面临的巨大挑战之一，如何高效安全并且环保地使用能源已成为人们积极探索的课题。较之于传统的中央空调，地源热泵中央空调在节能方面有明显的优势，因此近几年其在我国得到了广泛的应用。
地源热泵系统是指利用地下水、地表水或土壤作为热(冷)量的载体，将太阳能、地热能收集并储存起来，对生产、生活进行供暖和供冷的能源系统。系统主要由热泵机组、室外地能换热系统和室内末端系统组成，具有环保无污染、节省投资、结构简单、安全可靠等优点。
由于地源热泵空调控制系统影响因素复杂多变，与空调系统本身、外界环境及其他干扰等众多因素有关，如果都考虑其建立的模型将很复杂，很难处理计算。因此寻找一种简单有效的控制策略非常重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种地源热泵空调系统的控制方法，控制方式简单有效，便于实际应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种地源热泵空调系统的控制方法，所述方法包括：实时或者每隔一定时间采集室外温度；当室外温度为20-40℃时，根据y＝-0.94022·X+38.668控制地源热泵出水温度，当室外温度为-20-15℃时，根据y＝-0.54555·X+42.815控制地源热泵出水温度，其中，X为室外温度值，y为地源热泵机组的出水温度。
进一步的，根据热敏电阻温度传感器的材料特性以及室内工况引起的室内温度变化对室外温度值X进行调整，X＝T+ΔT，其中，T为热敏电阻温度传感器采集到的室外温度，ΔT为室内温度变化量；ΔT＝0.6·Tt ransposeΔ+0.4·T workingΔ，Tt ransposeΔ是由于热敏电阻温度传感器的误差引起的室内温度变化量，T workingΔ是由于室内工况引起的室内温度变化量。
进一步的，
Figure PCTCN2022093721-appb-000001
其中，
Figure PCTCN2022093721-appb-000002
β为热敏电阻温度传感器的材料常数，A为额定温度下热敏电阻温度传感器的电阻值，T0为额定温度。
进一步的，Tworking Δ＝R 0-R t，其中，R 0是急剧上升前的起始温度，R t是起始时刻后的即时温度，室内工况引起室内温度急剧上升时R t＝R 0·e -τmt，室内工况引起室内温度急剧下降时R t＝R 0·(1+e τmt)，τ是系统的时间常数，m是自定义的滞后常数，t是起始时刻后的任一时刻。
进一步的，将前30分钟内测量得到的室外温度平均值作为当前热敏电阻温度传感器采集到的室外温度。
进一步的，根据水泵的频率对出水温度进行修正：当水泵频率下降时，根据T f＝T m0-δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正；当水泵频率上升时，根据T f＝T m0+δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正，其中，T f是干扰工况下的出水温度，T m0是正常工况下的出水温度，f 0是额定频率，一般为50Hz，为常数，f是干扰工况下的水泵频率。
本发明的有益效果是：1.利用温度传感器测得当前室外实时温度后根据传感器特性对测量值进行季节性矫正；2.建立室内工况与室温调节之间的调节策略，当室内工况出现剧烈变化时维持室内温度平缓变化；3.将经过前馈矫正的室外温度输入至监控主机中，结合防抖动机制(即采用一定时间内的平均值作为室外温度值)后输出空调机组的出水温度设定值，防止频繁调整地源热泵机组的出水温度设定值；4.建立水泵与出水温度之间的调节策略，当水泵工作状态发生变化时对出水温度进行矫正；5.通过对室外温度和室内工况以及水泵等因素的考虑，在保证用户舒适度的前提下，在用户舒适度与节能之间进行调节，提升了用户舒适度与节能效果。
具体实施方式
本发明提供了一种地源热泵空调系统的控制方法，方法包括：实时或者每隔一定时间采集室外温度；当室外温度为20-40℃时，根据y＝-0.94022·X+38.668控制地源热泵出水温度，当室外温度为-20-15℃时，根据y＝-0.54555·X+42.815控制地源热泵出水温度，其中，X为室外温度值，y为地源热泵机组的出水温度。经过机组和系统在一定时间的 实际安装运行后得到了充分的室外温度和机组出水温度之间的控制数据，利用这些数据在Matlab的帮助下实现数据和曲线的拟合和预测，由此得到以上两种控制函数。
根据热敏电阻温度传感器的材料特性以及室内工况引起的室内温度变化，因此要对室外温度值X进行调整，X＝T+ΔT，其中，T为热敏电阻温度传感器采集到的室外温度，ΔT为室内温度变化量。
ΔT＝0.6·Tt ransposeΔ+0.4·T workingΔ，Tt ransposeΔ是由于热敏电阻温度传感器的误差引起的室内温度变化量，T workingΔ是由于室内工况引起的室内温度变化量。由于温度传感器引起的误差更为重要且误差存在是持续性的，而室内工况引起的误差相对来说偶发性更高，因此，Tt ransposeΔ在ΔT中所占的比例在更大些。
具体地，由于热敏电阻温度传感器的热敏电阻材料会导致传感器在测温的时候出现误差，因此通过
Figure PCTCN2022093721-appb-000003
得到由于热敏电阻温度传感器的误差引起的室内温度变化量，其中，
Figure PCTCN2022093721-appb-000004
β为热敏电阻温度传感器的材料常数，A为额定温度(25℃)下热敏电阻温度传感器的电阻值，T 0为额定温度，25℃。
室内工况引起的室内温度急剧下降或上升，若不及时纠正，将会使机组的运行产生故障。因此必须对室内工况变化造成的干扰进行前馈消除。因此通过Tworking Δ＝R 0-R t计算室内工况引起的室内温度变化量，其中，R 0是急剧上升前的起始温度，R t是起始时刻后的即时温度，室内工况引起室内温度急剧上升时R t＝R 0·e -τmt，室内工况引起室内温度急剧下降时R t＝R 0·(1+e τmt)，τ是系统的时间常数，m是自定义的滞后常数(取值范围为0.002～0.004)，t是起始时刻后的任一时刻。
为防止频繁调整地源热泵机组的出水温度设定值，将前30分钟内测量得到的室外温度平均值作为当前热敏电阻温度传感器采集到的室外温度T，以对设备进行调节。
水泵一般情况下以恒定频率运行，以保证水流量的恒定。当水泵运行状态出现干扰时，进入机组的水流量就会发生变化，进而影响机组的出口温度。因此为保证瞬时的出口温度恒定，需要根据水泵的频率变化情况及时修改设定温度。根据水泵的频率对出水温度进行修正：当水泵频率下降时，根据T f＝T m0-δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正；当水泵频率上升时，根据T f＝T m0+δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正，其中，T f是干扰工况下的出 水温度，T m0是正常工况下的出水温度，f 0是额定频率，一般为50Hz，δ为常数(取值范围为0.002-0.004)，f是干扰工况下的水泵频率。
基于本发明控制方法的地源热泵空调系统运行过程如下。
1、判断室外温度，如果在20-40℃时，主机根据y＝-0.94022·X+38.668控制地源热泵出水温度，如果室外温度为-20-15℃时，根据y＝-0.54555·X+42.815控制地源热泵出水温度。
2、实时或者每隔一定时间采集室外温度然后对出水温度进行修正。具体地，以当前时刻前30分钟所采集到的室外温度值的平均值作为当前室外温度T，然后根据相关的公式对地源热泵出水温度进行调节。
详细地，根据X＝T+0.6·Tt ransposeΔ+0.4·T workingΔ计算公式中的室外温度值X，其中，
Figure PCTCN2022093721-appb-000005
Tworking Δ＝R 0-R t，室内工况引起室内温度急剧上升时R t＝R 0·e -τmt，室内工况引起室内温度急剧下降时R t＝R 0·(1+e τmt)。
3、当水泵运行过程中出现干扰时，调整水泵的频率对出水温度进行修正：当水泵频率下降时，根据T f＝T m0-δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正；当水泵频率上升时，根据T f＝T m0+δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

  1. 一种地源热泵空调系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
    实时或者每隔一定时间采集室外温度；
    当室外温度为20-40℃时，根据y＝-0.94022·X+38.668控制地源热泵出水温度，当室外温度为-20-15℃时，根据y＝-0.54555·X+42.815控制地源热泵出水温度，其中，X为室外温度值，y为地源热泵机组的出水温度。
  2. 根据权利要求1所述的地源热泵空调系统的控制方法，其特征在于，根据热敏电阻温度传感器的材料特性以及室内工况引起的室内温度变化对室外温度值X进行调整，X＝T+ΔT，其中，T为热敏电阻温度传感器采集到的室外温度，ΔT为室内温度变化量；ΔT＝0.6·Tt ransposeΔ+0.4·T workingΔ，Tt ransposeΔ是由于热敏电阻温度传感器的误差引起的室内温度变化量，T workingΔ是由于室内工况引起的室内温度变化量。
  3. 根据权利要求2所述的地源热泵空调系统的控制方法，其特征在于，
    Figure PCTCN2022093721-appb-100001
    其中，
    Figure PCTCN2022093721-appb-100002
    β为热敏电阻温度传感器的材料常数，A为额定温度下热敏电阻温度传感器的电阻值，T0为额定温度。
  4. 根据权利要求2所述的地源热泵空调系统的控制方法，其特征在于，
    Tworking Δ＝R 0-R t，其中，R 0是急剧上升前的起始温度，R t是起始时刻后的即时温度，
    室内工况引起室内温度急剧上升时R t＝R 0·e -τmt，室内工况引起室内温度急剧下降时R t＝R 0·(1+e τmt)，τ是系统的时间常数，m是自定义的滞后常数，t是起始时刻后的任一时刻。
  5. 根据权利要求2所述的地源热泵空调系统的控制方法，其特征在于，将前30分钟内测量得到的室外温度平均值作为当前热敏电阻温度传感器采集到的室外温度。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的地源热泵空调系统的控制方法，其特征在于，根据水泵的频率对出水温度进行修正：当水泵频率下降时，根据 T f＝T m0-δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正；当水泵频率上升时，根据T f＝T m0+δ(f 0 -1-f -1)对出水温度进行修正，其中，T f是干扰工况下的出水温度，T m0是正常工况下的出水温度，f 0是额定频率，一般为50Hz，δ为常数，f是干扰工况下的水泵频率。
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