一种再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法与流程

技术特征：

1.一种再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)根据水源侧供水流量m_G，确定非设计工况下水源侧输配系统运行方法，得到再生水提升泵能耗：

P_pump,re＝f₁(m_G) (1)；

2)根据地辐管散热量Q和用户末端负荷需求Q_demand，得出不同用户末端负荷需求Q_demand下相应的用户侧供水温度t_L,in；

3)根据热泵机组制热量Q_h、热泵机组能耗P_heatpump、修正系数η_Q-t、η_P-t及蒸发器换热量Q_e，得出不同负荷率x下热泵机组的蒸发器换热量Q_e与蒸发器进口温度t_E,in的关系式：

Q_e＝f₂(t_E,in) (2)；

4)根据水源侧换热量Q_re、中介水换热量Q_mc、蒸发器换热量Q_e及蒸发器进口温度t_E,in，得到水源侧供水流量：

_mG＝f₃(t_E,in) (3)；

5)根据得到的公式(1)、(2)和(3)，以不同负荷率x下再生水源热泵供暖系统能耗P(x)最低为目标函数，分别以蒸发器进口温度t_E,in、热泵机组制热量Q_h、水源侧供水流量m_G范围为约束条件，建立再生水源热泵供暖系统协同优化模型；

6)根据步骤5)的再生水源热泵供暖系统协同优化模型，确定协同因子为蒸发器进口温度t_E,in；

7)根据再生水提升泵样本参数，拟合出再生水提升泵相应关系式，然后根据再生水提升泵相应关系式结合热泵机组参数，代入再生水源热泵供暖系统协同优化模型，确定协同因子数值，由协同因子数值得出水源侧输配系统再生水提升泵的开启台数和变频大小，及热泵机组的开启台数和运行负荷大小。

2.根据权利要求1所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，所述步骤1)中，再生水提升泵能耗P_pump,re具体计算式如下：

$P_{pump,re}=\frac{{\mathrm{\γH}}_P{m}_G}{3600{\mathrm{\η}}_P{\mathrm{\η}}_m{\mathrm{\η}}_{vfd}}$

其中：H_P为再生水提升泵扬程，m；γ为流体的容重，kN/m³；η_p为再生水提升泵效率，％；η_m为电动机效率，％；η_vfd为变频器效率，％。

3.根据权利要求2所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，电动机效率η_m通过下式计算得到：

η_m＝94.187(1-e^-0.0904ω)

变频器效率η_vfd通过下式计算得到：

η_vfd＝50.87+1.263ω-0.0142ω²+5.834×10^-5ω³

其中：ω为再生水提升泵转速比，％；

所述非设计工况下水源侧输配系统运行方法包括：阀门节流调节和水泵变速调节。

4.根据权利要求1所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，所述步骤2)中，地辐管散热量Q具体表达式如下：

Q＝Q_u+Q_d＝Q_c+Q_r＝Q_demand

其中：Q_u为地辐管向上的传热量，W；Q_d为地辐管向下的热损失，W；Q_c为地面的对流散热量，W；Q_r为地面的辐射散热量，W；Q_demand为用户末端负荷需求，W；

用户末端负荷需求Q_demand计算式具体为：

Q_demand＝c_pm_u(t_L,in-t_L,out)

其中：c_p为水的定压比热容；m_u为用户侧循环水流量，m³/s；t_L,in、t_L,out分别为用户侧供水、回水温度，℃。

5.根据权利要求4所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，地辐管向上的传热量Q_u和地辐管向下的热损失Q_d分别通过下式计算得到：

$Q_u=K_{u}F(\frac{t_{L,in}+t_{L,out}}{2}-t_r)$

$Q_d=K_{d}F(\frac{t_{L,in}+t_{L,out}}{2}-t_r)$

其中：F为地板面积，m²；t_r为室内空气温度，℃；K_u为地面向上传热系数，W/(m²·K)；K_d为地面向下传热系数，W/(m²·K)；

地面的对流散热量Q_c和辐射散热量Q_r分别通过下式计算得到：

Q_c＝2.17F(t_f-t_r)^1.31

Q_r＝5×10^-8F[(t_f+273)⁴-(UMRT+273)⁴]

其中：t_f为地板表面温度，℃；UMRT为非加热面的平均辐射温度，℃。

6.根据权利要求1所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，所述步骤3)中，热泵机组制热量Q_h、热泵机组能耗P_heatpump及修正系数η_Q-t、η_P-t分别为：

Q_h＝Q_h,ref·η_Q-t·PLR

P_heatpump＝Power_h,ref·η_P-t·η_PLR

${\mathrm{\η}}_{Q-t}=C_1+C_2{t}_{L,in}+C_3{t}_{L,in}^2+C_4{t}_{E,in}+C_5{t}_{E,in}^2+C_6{t}_{L,in}{t}_{E,in}$

${\mathrm{\η}}_{P-t}=D_1+D_2{t}_{L,in}+D_3{t}_{L,in}^2+D_4{t}_{E,in}+D_5{t}_{E,in}^2+D_6{t}_{L,in}{t}_{E,in}$

其中：Q_h,ref为热泵机组额定制热量，W；Power_h,ref为热泵机组额定输入功率，W；η_Q-t、η_P-t分别为热泵机组制热量、热泵机组能耗关于机组进出口温度变化的修正系数；PLR为热泵部分负荷容量；η_PLR为不同PLR下的热泵机组能耗修正系数；C₁—C₆、D₁—D₆均为拟合系数；

蒸发器换热量Q_e关系式为：

Q_e＝Q_h-P_heatpump。

7.根据权利要求1所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，所述步骤4)中，水源侧换热量Q_re、中介水换热量Q_mc及蒸发器换热量Q_e之间关系为：

Q_re＝Q_mc＝Q_e

水源侧换热量Q_re、中介水换热量Q_mc及蒸发器换热量Q_e计算公式分别为：

Q_re＝m_Gc_p(t_1,in-t_1,out)

Q_mc＝k_exF_exΔt

Q_e＝m_Zc_p(t_E,in-t_E,out)

其中：F_ex、k_ex分别为宽流道换热器换热面积和传热系数，m²、kW/m²·℃；t₁,_in、t_1,out分别为水源侧供水、回水温度，℃；Δt为对数平均温差，Δt＝(Δt'-Δt”)/(lnΔt'/Δt”)，Δt'＝t_1,in-t_E,in，Δt”＝t_1,out-t_E,out，℃；t_E,out为蒸发器出口温度，℃；m_G、m_Z分别为水源侧供水、中介水流量，m³/s。

8.根据权利要求1所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，所述步骤5)中，再生水源热泵供暖系统协同优化模型具体为：

min P(x)＝P_heatpump(x,t_E,in)+P_pump,re(x,m_G)+P′_pump

$s.t.\left\{\begin{array}{c}{t}_{E,in}\∈\[\min t_{E,in},\max t_{E,in}\]\\ Q_h\∈\[0,k{Q}_{h,ref}\]\\ m_G\∈\[\min m_G,\max m_G\]\end{array}\right.$

式中：P_heatpump(x,t_E,in)、P_pump,re(x,m_G)分别为负荷率x时对应的热泵机组能耗和再生水提升泵能耗，P′_pump为定频水泵能耗，包含中介水循环泵P_pump,mc、用户侧循环泵P_pump,user，两者通过台数调节来满足流量需求，某一负荷率x下的P′_pump可视为定值，k为热泵机组额定制热量修正系数。

9.根据权利要求1所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，所述步骤7)中，再生水提升泵样本参数包括再生水提升泵在某一流量下对应的扬程及效率；热泵机组参数包括某一水源侧进出口温度与对应的制热量及能耗。

10.根据权利要求1所述的再生水源热泵供暖系统协同优化运行方法，其特征在于，所述步骤7)中，拟合出相应关系式包括：

再生水提升泵扬程与水源侧供水流量关系式：

再生水提升泵效率与水源侧供水流量关系式：

其中，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃均为拟合系数。