专利名称：一种地源换热器取热性能测试中恒定热流的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种地源热泵换热器取热性能测试中恒定热流的控制方法。
背景技术：
利用以地表土或水源作为冷/热源的地源热泵为建筑物进行供热制冷，已经成为 近年来国内外建筑节能的技术热点。而地源换热器的传热性能和运行可靠性又是这类节能 技术成功与否的关键。由于地表的地质构成、水文特性、物理特性等方面参数各不相同，相 应的传热性能就会随之改变，因此在不同地区埋设的地源换热器的传热性能就会不同。从 事地源换热器设计，特别对大型工程来说，仅仅开展理论研究或实验室传热试验研究是不 够的、不可靠的，因此美国等发达国家在技术标准中明确规定，把在施工现场进行地源换热 器的实地试验研究作为工程可行性研究和工程设计的前提条件。根据中华人民共和国国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005中相 关规定，在做地源热泵换热器取热性能测试中要求制冷功率应保持恒定，如不能保持热流 的恒定，会影响到地源热泵换热器传热性能测试的测试结果的准确性。在地源热泵换热器 取热性能测试中，采用定频压缩机的热泵机组制取冷水提供给土壤换热器，以测试土壤换 热器的换热能力。地源热泵换热器取热性能测试，是利用反算法推导出岩土热物性参数， 其方法是从计算机中取出试验测试结果，将其与软件模拟的结果进行对比，使得方差和
/ =取得最小值时，通过传热模型调整后的热物性参数即是所求结果。其中，
i=l
Tcala为第i时刻由模型计算出的埋管内流体的平均温度为第i时刻实际测量的埋管 中流体的平均温度；N为试验测量的数据的组数。在定加热功率的条件下τ时刻循环水平 均温度，为Tf=Tff+qr Rb+-^--Erid^fA上式构成了完整的埋管内循环水与周围岩土的换热方程。式中有两个未知参数， 周围岩土导热系数Xs和容积比热容PsCs，利用该式可以求得上述两个未知参数。从公式 中可以看出为了顺利的完成测试要求，必须保证通过地下土壤换热器的水热流恒定。在实 际使用中，当热泵机组所处环境温度即冷凝温度改变，会使得热泵机组制冷量发生变化，导 致供给地下换热器冷水的热流发生变化，不能满足地源热泵换热器取热性能测试中所要求 的恒定热流的条件。部分测试装置中采用了变频压缩机，可以通过改变压缩机压缩量改变 制冷量，但是此方法成本高，控制复杂，精度不受人为控制，变化因素多，不能充分的达到恒 热流的目的。
发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种地源换热器取热性 能测试中恒定热流的控制方法，通过对电加热器功率调节实现对地源换热器取热实验进行恒定热流控制，大大提高了控制的精度和控制品质，可为工程设计提供可靠的依据。技术方案本发明所述的地源换热器取热性能测试中恒定热流的控制方法，测试 中制取冷水的热泵机组采用定频压缩机，使用可控硅控制器控制电加热功率；根据热泵进 出口水水温及流量计算出热泵的制冷功率，与设定的地源热泵土壤换热器换热量进行比 较，当热泵的制冷功率与设定值不相等时，改变可控硅控制器输出电流，改变电加热器加热 量，使得进入土壤换热器的冷水热流恒定。具体包括如下步骤(1)根据位于热泵机组蒸发器进出口处的温度传感器、流量传感器采集到的温度 值和流量值计算出此时热泵的制冷功率；
(2)根据地源热泵换热器实际情况估算出的该测试中换热器的换热量，与步骤 (1)计算出的热泵机组制冷功率进行比较，若两者之间的相对误差超过设定的数值，就改变 加热器的换热量；当制冷功率偏小时，减小可控硅控制器的输出电流一定的值；当制冷功 率偏大时，增大可控硅控制器的输出电流一定的值。(3)改变加热器加热功率后，返回第一步，继续监控热泵机组制冷功率，当超过一 定的时间步长后，达到电加热器的制热效果，此时若制冷量与换热器换热量的误差仍然超 过误差限，则继续调节，若在调节一段时间后满足误差要求，保持电加热功率，继续测试。通过以上的控制方法，地源热泵换热器取热性能测试中能够基本上保持恒定热流 的条件，从而达到测量土壤的热物理性质的目的。本发明与现有技术相比，其有益效果是1、本发明方法采用电加热器和可控硅结 合热泵调节制冷制热功率，运行安全可靠，调节方便，成本低廉，控制自动化，特别是针对测 试装置采用的是定频压缩机，热泵机组的制冷制热功率不能及时改变的问题，采取本发明 方法完全可以达到相关标准的要求；2、本发明通过温度传感器采集换热器进出口水温，根 据算法调节电加热输出功率，控制精度高，响应速度快，相应的控制程序可以结合到地源热 泵换热器传热性能测试程序中同时运行，充分满足地源热泵换热器传热性能测试中恒定热 流的要求；3、本发明通过增加可控硅控制器控制，改变加热器加热电流，从而改变加热器加 热量，以抵消热泵机组制冷功率的改变量，达到恒定热流的控制目的；4、本发明针对地源热 泵换热器取热性能测试中采用定频压缩机的热泵机组进行恒热流控制，有功能完善，控制 准确，结构简单等特点，可以使得地源热泵换热器取热性能测试能够更好的保持在良好的 测试状态，得到更加精确的测试数据。
图1为本发明地源热泵换热器取热性能测试恒热流控制流程图；图2为本发明具体测试实例的土壤换热器换热量曲线。
具体实施例方式下面结合附图，通过一个最佳实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发 明的保护范围不局限于所述实施例。本发明通过在定频机组后增加可控硅控制器控制，改变加热器加热电流，从而改 变加热器加热量，以抵消热泵机组制冷功率的改变量，达到恒定热流的控制目的。这种方法虽然成本低廉，结构简单，但是控制范围大，精度高，响应快，自由度大，完全满足地源热泵 换热器取热性能测试的要求，使测试装置的保持在良好的测试状态，得到更加精确的测试 数据具体的的保持热流恒定的控制方法包括以下步骤第一步根据位于热泵机组蒸发器进出口处的温度传感器、流量传感器采集到的 温度值和流量值计算出此时热泵的制冷功率；第二步根据地源热泵换热器实际情况估算出的该测试中换热器的换热量，与第 一步计算出的热泵机组制冷功率进行比较，若两者之间的相对误差超过一定的数值(例如 5% )，就需要改变加热器的换热量；当制冷功率偏小时，减小可控硅控制器的输出电流一 定的值(大概为0. 5mA)，同理当制冷功率偏大时，增大可控硅控制器的输出电流一定的值 (大概为0. 5mA)。第三步改变加热器加热功率后，返回第一步，继续监控热泵机组制冷量，当超过 一定的时间步长后，达到电加热器的制热效果，此时若制冷量与换热器换热量的误差仍然 超过误差限，则继续调节，若在调节一段时间后满足误差要求，保持电加热功率，继续测试。通过以上的控制策略，地源热泵换热器取热性能测试中能够基本上保持恒定热流 的条件，从而达到测量土壤的热物理性质的目的。图2给出了在使用本发明的地源热泵换热器取热性能测试工程实例，表明在采用 本发明后地源热泵换热器取热性能测试测试装置能够很好的完成恒定热流的控制效果。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释 为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对 其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求
一种地源换热器取热性能测试中恒定热流的控制方法，其特征在于测试中制取冷水的热泵机组采用定频压缩机，使用可控硅控制器控制电加热功率；根据热泵进出口水水温及流量计算出热泵的制冷功率，与设定的地源热泵土壤换热器换热量进行比较，当热泵的制冷功率与设定值不相等时，改变可控硅控制器输出电流，改变电加热器加热量，使得进入土壤换热器的冷水热流恒定。
2.根据权利要求1所述的地源换热器取热性能测试中恒定热流的控制方法，其特征在 于具体包括如下步骤(1)根据位于热泵机组蒸发器进出口处的温度传感器、流量传感器采集到的温度值和 流量值计算出此时热泵的制冷功率；(2)根据地源热泵换热器实际情况估算出的该测试中换热器的换热量，与步骤(1)计 算出的热泵机组制冷功率进行比较，若两者之间的相对误差超过额定的数值，就改变加热 器的换热量；当制冷功率偏小时，减小可控硅控制器的输出电流一定的值；当制冷功率偏 大时，增大可控硅控制器的输出电流一定的值。(3)改变加热器加热功率后，返回第一步，继续监控热泵机组制冷功率，当超过一定的 时间步长后，达到电加热器的制热效果，此时若制冷量与换热器换热量的误差仍然超过误 差限，则继续调节，若在调节一段时间后满足误差要求，保持电加热功率，继续测试。
全文摘要
本发明公开一种地源换热器取热性能测试中恒定热流的控制方法，其特征在于测试中制取冷水的热泵机组采用定频压缩机，使用可控硅控制器控制电加热功率；根据热泵进出口水水温及流量计算出热泵的制冷功率，与设定的地源热泵土壤换热器换热量进行比较，当热泵的制冷功率与设定值不相等时，改变可控硅控制器输出电流，改变电加热器加热量，使得进入土壤换热器的冷水热流恒定。本发明通过温度传感器采集换热器进出口水温，根据算法调节电加热输出功率，控制精度高，响应速度快，相应的控制程序可以结合到地源热泵换热器传热性能测试程序中同时运行，充分满足地源热泵换热器传热性能测试中恒定热流的要求。
文档编号G05B19/04GK101986221SQ20101055112
公开日2011年3月16日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者乔卫来, 安二铭, 庞丽颖, 徐相梅, 朱晟, 陈九法, 陈军伟, 高龙 申请人:东南大学