一种用于严寒地区的VFD与AHP联合运行系统的制作方法

一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统
技术领域
1.本实用新型涉及严寒地区vfd与ahp联合运行领域，特别是一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统。


背景技术：

2.变频器(vfd)运行时，其发热量约为额定功率的1％到5％，热电厂的凝结水泵多采用风冷型高压变频器，其额定容量通常在2000kv
·
a以上，因此，集控楼变频器间的夏季室内冷负荷通常不低于100kw。风冷型高压变频器的工作环境要求，因厂商不同而存在差异，温度多处在[-10℃,40℃]区间，空气相对湿度范围为[20％,90％]，超出此范围的运行环境，对变频器的寿命有极大影响。
[0003]
虽然运行环境对空气源热泵机组(ahp)的寿命影响较小，且其运行温度范围较大，从-25℃到45℃均可，但环境温度的变化对机组能效比的影响较大。以制热工况为例，在保证出水温度40℃不变的条件下，一台能够在室外干球温度为15℃条件下以4.1的cop值运行的机组，在室外干球温度降至-20℃时，其cop值不足1.8。
[0004]
因此，在制热工况下适当提高，或在制冷工况下适当降低空气源热泵机组的运行环境温度，都有助于提高其能效比，降低电能消耗，从而达到减少co2排放的目的。
[0005]
集控楼是热电厂内的电气建筑，通常设置在汽机房附近，设有蓄电池室、配电装置室、变频器间、继电器室以及直流屏室等重要的电气设备用房，同时还设有设备检修间、工程师站、值班室、会议室、餐厅以及办公室等生产及生活辅助类用房。设置在集控楼内的大型电气设备，运行时需要向外释放热量，从暖通专业的设计角度，为保证这些设备的正常运行，对此类电气设备用房的夏季冷负荷进行计算时，不仅要考虑通过围护结构传入室内的热量，还要充分考虑电气设备的发热量。此外，为满足工作人员在不同季节的热舒适性需求，通常设置空气源热泵机组服务于集控楼内的生产和生活辅助类用房。
[0006]
在变频器间的通风设计上，在排风方面，变频器间惯用的设计方案是在变频器本体排风管道上设置切换阀门，以实现在冬季将设备散热留在室内，夏季直接排至室外的功能。事实上，即使在冬季，变频器间的热负荷也远小于变频器本体的运行发热量，因此在大多数情况下，即使是严寒地区，也需要将变频器的大部分本体排风引至室外，参与再循环的部分仅占变频器本体排风总量的不到10％；在进风方面，由于变频器对工作环境的温湿度要求，需设置空气处理机，冬季对室外新风进行预热(严寒地区)，夏季对其降温(对于一些室外干湿球温差较小的地区，室外新风还需要进行降湿处理)。处理后的新风，可通过新风管道直接与变频器的本体进风口相连(方案1)；也可不设管道，直接将空气送入室内，变频器运行时吸入的是变频器间的室内空气(方案2)。
[0007]
在变频器间的空调设计方面，变频器间采用通风方案1时，通常使用变频器本体的排风温度，对空气处理机的压缩机出力进行反馈控制调节。变频器间需另设一台空调，用以承担由围护结构传热、照明散热量以及各种散湿过程产生的潜热量等导致的冷负荷；而采用方案2时，空气处理机需要同时承担变频器的设备散热、围护结构传热、照明散热量以及
各种散湿过程产生的潜热量等，通常使用室内温度和变频器本体的排风温度对压缩机的出力进行联合调节。如果以室内温度作为优先受调节参数，当变频器以较高出力运行时，有可能在其柜体内存在超温区；如果以变频器本体排风温度作为优先受调节参数，当变频器以较高出力运行时，有可能出现室内温度低于设计需求的现象，从而导致能源的浪费。
[0008]
在变频器间的采暖设计方面，变频器间采用通风方案1时，常使用变频器的柜体进风温度对空气处理机的加热量进行反馈调节，同时使用室内温度对热水散热器的水流量进行反馈调节；选用通风方案2时，变频器柜体进风温度即变频器间的室内温度，该参数可同时对散热器的热水流量和空气处理机的加热量进行反馈调节。
[0009]
在生产及生活辅助用房的空调及采暖设计方面，集控楼的生产及生活辅助用房的夏季用冷和过渡季节用热需求，通常采用空气源热泵来满足。双碳背景下，我国大部分热电厂都要减少厂区内部的采暖热水消耗总量，以实现对外供热总量的扩容。因此，多数热电厂正在对其厂内建筑物的供暖系统进行清洁性改造，使用空气源热泵机组覆盖其采暖需求。寒冷地区，空气源热泵机组的衰减程度尚在可接受范围内，而在一些严寒地区，空气源热泵机组的制热能效比已经接近电锅炉采暖的功率消耗水平，经济性较差。
[0010]
因此，亟需一种可以适用于严寒地区的简化暖通设计且能够提高空气源热泵机组制热效能比的综合运行系统。


技术实现要素：

[0011]
本实用新型所解决的技术问题即在提供一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统，简化暖通系统形式，并可将变频器的运行发热量作为空气源热泵机组的进风预热使用，提高空气源热泵机组的制热能效比。
[0012]
本实用新型所采用的技术手段如下所述：
[0013]
一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统，包括变频器，变频器连通设置第一进风管路，以及变频器还连通设置有第一出风管路，第一出风管路连通连接可调节的第一出风支路、第二出风支路；以及设置有空气源热泵机组，空气源热泵机组连通设置有第二进风管路和第二出风管路，第二进风管路上设置有第一风量调节装置，第一出风支路连通连接于第一风量调节装置与空气源热泵机组之间的第二进风管路上；以及空气源热泵机组还连通设置有出水管路和回水管路，出水管路和回水管路的远离空气源热泵机组的一端分别连接空气处理装置、风机盘管和热水散热器，空气处理装置设置于第一进风管路内。
[0014]
作为优选，第一出风支路和第二出风支路上分别设置有第二风量调节装置和第三风量调节装置；以及第二出风支路和第二出风管路均连通连接排风竖井。
[0015]
作为优选，第一进风管路的远离变频器的一端设置有第一送风机，空气处理装置位于第一送风机和变频器之间的第一进风管路内；以及第二进风管路的远离空气源热泵机组的一端设置有第二送风机，第一风量调节装置位于第二送风机和空气源热泵机组之间。
[0016]
作为优选，空气处理装置和第一送风机之间的第一进风管路内、空气处理装置和变频器之间的第一进风管路内分别设置有第一测温装置和第二测温装置，第一风量调节装置和第二送风机之间的第二进风管路内、第一风量调节装置和空气源热泵机组之间的第二进风管路内分别设置有第三测温装置和第四测温装置；以及第一出风管路内设置有第五测温装置，第二出风管路内设置有第六测温装置；以及空气处理装置和变频器之间的第一进
风管路内还设置有测湿装置。
[0017]
作为优选，出水管路和空气处理装置之间通过第一出水支路连通连接，回水管路和空气处理装置之间通过第一回水支路连通连接，第一出水支路和第一回水支路上分别设置有第一流量调节装置和第二流量调节装置。
[0018]
作为优选，出水管路还连通连接有第二出水支路和第三出水支路，以及回水管路还连通连接有第二回水支路和第三回水支路；第二出水支路和第二回水支路的远离空气源热泵机组的一端与风机盘管连接；第三出水支路和第三回水支路的远离空气源热泵机组的一端于热水散热器连接；第二出水支路和第二回水支路上分别设置有第三流量调节装置和第四流量调节装置，第三出水支路和第三回水支路上分别设置有第五流量调节装置和第六流量调节装置；以及风机盘管外部还设置有第七测温装置，热水散热器外部还设置有第八测温装置。
[0019]
一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统的控制调节方法，至少包括一种夏季工况：空气源热泵机组制冷，变频器排热，风机盘管开启，热水散热器关闭，其中：设置于第一出风支路上的第二风量调节装置、设置于热水散热器和空气源热泵机组之间的第三出水支路上的第五流量调节装置和第三回水支路上的第六流量调节装置的开度为0；设置于第二出风支路上的第三风量调节装置、设置于风机盘管和空气源热泵机组之间的第二回水支路上的第四流量调节装置、设置于空气处理装置与空气源热泵机组之间的第一回水支路上的第二流量调节装置的开度为1；第一风量调节装置的开度和第二进风管路的远离空气源热泵机组一端设置的第二送风机的转速由空气源热泵机组的出力反馈调节；空气源热泵机组的出力由设置于风机盘管和空气源热泵机组之间的第二出水支路上的第三流量调节装置、设置于空气处理装置和空气源热泵机组之间的第一出水支路上的第一流量调节装置的开度联合反馈调节，且第一流量调节装置和第三流量调节装置反馈调节的优先级相同；第三流量调节装置的开度由风机盘管外部设置的第七测温装置测量的温度反馈调节；第一流量调节装置的开度由设置于空气处理装置和变频器之间的第一进风管路内的测湿装置测量的湿度、第一出风管路内设置的第五测温装置测量的温度联合反馈调节，且测湿装置和第五测温装置反馈调节的优先级相同；第一进风管路的远离变频器一端设置的第一送风机的转速由第一出风管路上设置的第五测温装置测量的温度反馈调节。
[0020]
作为优选，还包括一种过渡季工况：空气源热泵机组制热，变频器排热，风机盘管开启，热水散热器开启，其中：第一流量调节装置和第二流量调节装置的开度为0；第四流量调节装置和第六流量调节装置的开度为1；第三风量调节装置的开度由第二风量调节装置的开度和第一送风机的转速联合反馈调节，第二风量调节装置和第一送风机反馈调节的优先级相同；第一送风机的转速由第五测温装置测量的温度反馈调节；第一风量调节装置、第二风量调节装置的开度和第二送风机的转速均由空气源热泵机组的出力反馈调节，其中第二风量调节装置开度增加、第一风量调节装置开度减小和第二送风机转速减小的信号输出的优先级高于第二风量调节装置开度减小、第一风量调节装置开度增加和第二送风机转速增加的信号输出的优先级；空气源热泵机组的出力由第三流量调节装置和第五流量调节装置的开度联合反馈调节，且第三流量调节装置和第五流量调节装置反馈调节的优先级相同；第三流量调节装置的开度由第七测温装置测量的温度反馈调节；第五流量调节装置的开度由第八测温装置测量的温度反馈调节。
[0021]
作为优选，还包括一种冬季工况：空气源热泵机组制热，变频器排热，风机管路开启，热水散热器开启，其中：第二流量调节装置、第四流量调节装置、第六流量调节装置的开度为1；第三风量调节装置的开度由第二风量调节装置的开度和第一送风机的转速联合反馈调节，且第二风量调节装置和第一送风机反馈调节的优先级相同；第一送风机的转速由第五测温装置测量的温度反馈调节；第一风量调节装置、第二风量调节装置的开度和第二送风机的转速均由空气源热泵机组的出力反馈调节，且第二风量调节装置开度增加、第一风量调节装置开度减小和第二送风机转速减小的信号输出的优先级高于第二风量调节装置开度减小、第一风量调节装置开度增加和第二送风机转速增加的信号输出的优先级；空气源热泵机组的出力由第一流量调节装置、第三流量调节装置和第五流量调节装置的开度联合反馈调节，且第一流量调节装置、第三流量调节装置和第五流量调节装置反馈调节的优先级相同；第一流量调节装置的开度由设置于空气处理装置和变频器之前的第一进风管路上的第二测温装置测量的温度反馈调节；第三流量调节装置的开度由第七测温装置测量的温度反馈调节；第五流量调节装置的开度由第八测温装置测量的温度反馈调节。
[0022]
本实用新型与现有的技术相比具有如下优点：
[0023]
1.从系统形式角度：vfd和ahp联合运行系统，可使集控楼的暖通系统形式得以简化，取消变频器进风的空气处理机，将其整合为本实用新型所建立系统中的一部分。
[0024]
2.从暖通设计角度：夏季，变频器进风的降温降湿所需的制冷量和通风量，均可由本实用新型所建立的系统负责提供，因此变频器间内的各部分得热量互无干扰，其冷负荷计算与其他公共建筑房间的计算方法无异，可减少负荷计算的工作量。
[0025]
3.从节约能源角度：冬季，本实用新型所建立的系统，将变频器的运行发热量调配作为空气源热泵机组的进风预热所用，提高空气源热泵机组的制热能效比，以减少制热功率消耗和co2排放量。
[0026]
4.从清洁供热角度：vfd和ahp联合运行系统的建立，可提高空气源热泵机组的蒸发温度，扩展其在严寒地区的应用前景，为这些地区的热电厂清洁供热改造提供技术路线。
[0027]
5.从系统运行角度：本实用新型为vfd和ahp联合运行系统提供了3种不同工况下的运行调节方法，为其在工程实践角度的推广应用提供了可行性。
附图说明
[0028]
图1为本实用新型一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统的结构示意图。
[0029]
其中，1空气源热泵机组，2变频器，3第一进风管路，4第一出风管路，5第二进风管路，6第二出风管路，7第一出风支路，8第二出风支路，9第一送风机，10第二送风机，11排风竖井，12第一风量调节装置，13第二风量调节装置，14第三风量调节装置，15空气处理装置，16风机盘管，17热水散热器，18出水管路，19回水管路，20第一出水支路，21第一回水支路，22第二出水支路，23第二回水支路，24第三出水支路，25第三回水支路，26第一流量调节装置，27第二流量调节装置，28第三流量调节装置，29第四流量调节装置，30第五流量调节装置，31第六流量调节装置，32第一测温装置，33第二测温装置，34第三测温装置，35第四测温装置，36第五测温装置，37第六测温装置，38第七测温装置，39第八测温装置，40测湿装置。
具体实施方式
[0030]
如图1所示的实施例中，一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统，包括变频器2，变频器2连通设置第一进风管路3，以及变频器2还连通设置有第一出风管路4，第一出风管路4连通连接可调节的第一出风支路7、第二出风支路8；以及设置有空气源热泵机组1，空气源热泵机组1连通设置有第二进风管路5和第二出风管路6，第二进风管路5上设置有第一风量调节装置12，第一出风支路7连通连接于第一风量调节装置12与空气源热泵机组1之间的第二进风管路5上；以及空气源热泵机组1还连通设置有出水管路18和回水管路19，出水管路18和回水管路19的远离空气源热泵机组1的一端分别连接空气处理装置15、风机盘管16和热水散热器17，空气处理装置15设置于第一进风管路3内。
[0031]
其中，第一出风支路7和第二出风支路8上分别设置有第二风量调节装置13和第三风量调节装置14；以及第二出风支路8和第二出风管路6均连通连接排风竖井11。
[0032]
其中，第一进风管路3的远离变频器2的一端设置有第一送风机9，空气处理装置15位于第一送风机9和变频器2之间的第一进风管路3内；以及第二进风管路5的远离空气源热泵机组1的一端设置有第二送风机10，第一风量调节装置12位于第二送风机10和空气源热泵机组1之间。
[0033]
其中，空气处理装置15和第一送风机9之间的第一进风管路3内、空气处理装置15和变频器2之间的第一进风管路3内分别设置有第一测温装置32和第二测温装置33，第一风量调节装置12和第二送风机10之间的第二进风管路5内、第一风量调节装置12和空气源热泵机组1之间的第二进风管路5内分别设置有第三测温装置34和第四测温装置35；以及第一出风管路4内设置有第五测温装置36，第二出风管路6内设置有第六测温装置37；以及空气处理装置15和变频器2之间的第一进风管路3内还设置有测湿装置40。
[0034]
其中，出水管路18和空气处理装置15之间通过第一出水支路20连通连接，回水管路19和空气处理装置15之间通过第一回水支路21连通连接，第一出水支路20和第一回水支路21上分别设置有第一流量调节装置26和第二流量调节装置27。
[0035]
其中，出水管路18还连通连接有第二出水支路22和第三出水支路24，以及回水管路19还连通连接有第二回水支路23和第三回水支路25；第二出水支路22和第二回水支路23的远离空气源热泵机组1的一端与风机盘管16连接；第三出水支路24和第三回水支路25的远离空气源热泵机组1的一端于热水散热器17连接；第二出水支路22和第二回水支路23上分别设置有第三流量调节装置28和第四流量调节装置29，第三出水支路24和第三回水支路25上分别设置有第五流量调节装置30和第六流量调节装置31；以及风机盘管16外部还设置有第七测温装置38，热水散热器17外部还设置有第八测温装置39。其中，第七测温装置38和第八测温装置39是分别设置在了风机盘管16和热水散热器17所在室的室内，用来监控测量室内的温度。
[0036]
结合图1，提供一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统的控制调节方法，至少包括一种夏季工况：空气源热泵机组1制冷，变频器2排热，风机盘管16开启，热水散热器17关闭，其中：设置于第一出风支路7上的第二风量调节装置13、设置于热水散热器17和空气源热泵机组1之间的第三出水支路24上的第五流量调节装置30和第三回水支路25上的第六流量调节装置31的开度为0；设置于第二出风支路8上的第三风量调节装置14、设置于风机盘管16和空气源热泵机组1之间的第二回水支路23上的第四流量调节装置29、设置于空气
处理装置15与空气源热泵机组1之间的第一回水支路21上的第二流量调节装置27的开度为1，其中全关时开度为0，全开时开度为1；第一风量调节装置12的开度和第二进风管路5的远离空气源热泵机组1一端设置的第二送风机10的转速由空气源热泵机组1的出力反馈调节；空气源热泵机组1的出力由设置于风机盘管16和空气源热泵机组1之间的第二出水支路22上的第三流量调节装置28、设置于空气处理装置15和空气源热泵机组1之间的第一出水支路20上的第一流量调节装置26的开度联合反馈调节，且第一流量调节装置26和第三流量调节装置28反馈调节的优先级相同；第三流量调节装置28的开度由风机盘管16外部设置的第七测温装置38测量的温度反馈调节；第一流量调节装置26的开度由设置于空气处理装置15和变频器2之间的第一进风管路3内的测湿装置40测量的湿度、第一出风管路4内设置的第五测温装置36测量的温度联合反馈调节，且测湿装置40和第五测温装置36反馈调节的优先级相同；第一进风管路3的远离变频器2一端设置的第一送风机9的转速由第一出风管路4上设置的第五测温装置36测量的温度反馈调节。
[0037]
以及，还包括一种过渡季工况：空气源热泵机组1制热，变频器2排热，风机盘管16开启，热水散热器17开启，其中：第一流量调节装置26和第二流量调节装置27的开度为0；第四流量调节装置29和第六流量调节装置31的开度为1；第三风量调节装置14的开度由第二风量调节装置13的开度和第一送风机9的转速联合反馈调节，第二风量调节装置13和第一送风机9反馈调节的优先级相同；第一送风机9的转速由第五测温装置36测量的温度反馈调节；第一风量调节装置12、第二风量调节装置13的开度和第二送风机10的转速均由空气源热泵机组1的出力反馈调节，其中第二风量调节装置13开度增加、第一风量调节装置12开度减小和第二送风机10转速减小的信号输出的优先级高于第二风量调节装置13开度减小、第一风量调节装置12开度增加和第二送风机10转速增加的信号输出的优先级；空气源热泵机组1的出力由第三流量调节装置28和第五流量调节装置30的开度联合反馈调节，且第三流量调节装置28和第五流量调节装置30反馈调节的优先级相同；第三流量调节装置28的开度由第七测温装置38测量的温度反馈调节；第五流量调节装置30的开度由第八测温装置39测量的温度反馈调节。
[0038]
以及，还包括一种冬季工况：空气源热泵机组1制热，变频器2排热，风机管路开启，热水散热器17开启，其中：第二流量调节装置27、第四流量调节装置29、第六流量调节装置31的开度为1；第三风量调节装置14的开度由第二风量调节装置13的开度和第一送风机9的转速联合反馈调节，且第二风量调节装置13和第一送风机9反馈调节的优先级相同；第一送风机9的转速由第五测温装置36测量的温度反馈调节；第一风量调节装置12、第二风量调节装置13的开度和第二送风机10的转速均由空气源热泵机组1的出力反馈调节，且第二风量调节装置13开度增加、第一风量调节装置12开度减小和第二送风机10转速减小的信号输出的优先级高于第二风量调节装置13开度减小、第一风量调节装置12开度增加和第二送风机10转速增加的信号输出的优先级，也即空气源热泵机组1出力反馈需要增加效率时，优先增加第二风量调节装置13的开度；空气源热泵机组1的出力由第一流量调节装置26、第三流量调节装置28和第五流量调节装置30的开度联合反馈调节，且第一流量调节装置26、第三流量调节装置28和第五流量调节装置30反馈调节的优先级相同；第一流量调节装置26的开度由设置于空气处理装置15和变频器2之前的第一进风管路3上的第二测温装置33测量的温度反馈调节；第三流量调节装置28的开度由第七测温装置38测量的温度反馈调节；第五流
量调节装置30的开度由第八测温装置39测量的温度反馈调节。
[0039]
根据图1显示的一种用于严寒地区的vfd与ahp联合运行系统，提供如下一具体实施例：某热电厂地处内蒙古自治区锡林郭勒盟阿巴嘎旗的查干淖尔镇。冬季，供暖室外计算温度-25.2℃，通风室外计算温度-18.8℃，空调室外计算温度-27.8℃，室外计算湿度72％；夏季，空调计算室外干球温度31.1℃，空调计算室外湿球温度19.9℃，通风室外计算温度26.0℃，通风室外计算湿度44％，集控楼总建筑面积2598.89m2，冬季采暖热负荷115kw。
[0040]
其设备设置参数如下：
[0041]
1.空气源热泵机组1：名义制冷/制热量分别为225.6kw和170.3kw，室外干球温度为7℃时，其制热cop约为2.9；室外干球温度为-20℃时，其制热cop为1.35，cop衰减修正曲线可视为线性。
[0042]
2.变频器2：额定容量为3000kv
·
a，满载运行时的发热量为150kw，要求工作环境温湿度区间分别为[-10℃,40℃]，[20％,90％]。
[0043]
3.空气处理装置15：设计换热量50kw。
[0044]
4.第一送风机9：风量40000m3/h，转速1450r/min，全压690pa，功率9.0kw.
[0045]
5.第二送风机10：同第一送风机9。
[0046]
结合图1，运行参数如下：
[0047]
第一测温装置32测量温度为-12.5℃，第二测温装置33测量温度为-7℃，第一送风机9运行风量2
×
104m3/h，空气处理装置15实际加热量30.67kw，变频器2运行出力67％，发热量100.5kw，变频器2的第一出风管路4的排风温度为11℃，空气源热泵机组1出力79％，第二送风机10运行风量1.16
×
104m3/h，与其连接的第二进风管路5上的第四测温装置35测量温度为2.37℃。
[0048]
结合本实施例的设备选型及相关参数设定，与空气源热泵机组1外置于屋面，变频器2本体发热直接排至室外的传统形式相比，本实用新型所建立的系统可使空气源热泵机组1的cop值由1.78提升至2.63，整个供暖季可节约采暖耗电88665.9度，减少co2排放85.12t(燃煤发电)。
[0049]
通过本实用新型，可使集控楼的暖通系统形式得以简化，以及本系统可将变频器的运行发热量调配作为空气源热泵机组的进风预热所用，提高空气源热泵机组的制热能效比，以减少制热功率消耗和co2排放量，并且本系统可提高空气源热泵机组的蒸发温度，扩展其在严寒地区的应用前景，为这些地区的热电厂清洁供热改造提供技术路线；本实用新型提供的3种不同工况下的运行调节方法，也为其在工程实践角度的推广应用提供了可行性。