一种水源侧节能运行模式切换的地下水源热泵系统与方法_4

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下为 循环过程,ECR sys呈逐渐上升的趋势,此时潜水泵是未开启的,待温度达到切换温度时切换 到置换模式,潜水泵开启,因此在切换温度处曲线有一个跳跃,曲线转换到直线以上,待到 置换过程结束开始下一周期的循环置换模式。曲线在直线以下表示此时的工况与传统模式 相比是节能的,反之,曲线在直线以上表示此时的工况与传统模式相比是多耗能的。那么由 曲线与直线围成的面积就为获得单位制冷量所节约的系统功耗Wp i (用正值表示)或多消 耗的系统功耗(用负值表示)。而当切换温度不同时,围成的面积也发生相应的变化。
[0190] 负荷率为25%、50%和75%,不同切换温度的循环置换模式系统功耗节能量1_2 绘制如表6。
[0191] 表6循环置换模式系统功耗节能量Wp2计算值
[0193] 可知,负荷率为25%时随着切换温度的上升,Wp2呈上升趋势,在28°C时达到最大 值0. 561,因此认为在25%时的最优切换温度为28°C。50%时W在20°C时值为0. 018,而 在其余切换温度下为负值,因此最优切换温度为20°C。而负荷率为75%时运行循环置换模 式,冷却水入口温度上升太快,不论切换温度设置在何处W值都为负,因此在75 %时将运行 模式变更为混水置换模式。
[0194] 同样,得到不同负荷率和电动温控阀切换温度对应的混水置换模式热泵系统 ECRsys,并将其与传统直供直排模式的ECRsys绘制于图7、图8。
[0195] 将负荷率为75%和100%,不同混水比的混水置换模式系统功耗节能量Wp3值绘 制如表7。
[0196] 表7混水置换模式系统功耗节能量Wp3计算值

[0199] 由表知,负荷率为75 %时,混水比为0.3的Wp3最大,混水比取0.3。负荷率为 100%时,无论混水比设定值取多少,整个系统都是多消耗能量的,因此在该模式下最优混 水比为能量消耗最小的0. 3。
[0200] 由此给出具有蓄混水装置的地下水源热泵系统夏季优化运行模式:在25%和 50%时选择循环置换模式,在75%和100%时选择混水置换模式。负荷率为25%的最优切 换温度为28°C,负荷率为50 %的最优切换温度为20°C,负荷率为75 %和100 %时的最佳混 水比为0. 3,最优切换温度为19°C。
[0201] 负荷低于50%时采用循环置换模式,在机组运行前开启潜水泵,对蓄混水池蓄水, 直至达到最高水位3. 2m,之后关闭潜水泵。开启循环置换模式,电动温控阀设定温度负荷 率为25 %为28°C,负荷率为50 %为20°C,当温度传感器测得的进入热泵机组换热的供水 温度低于28/20°C时,电动温控阀控制关闭水井侧回灌水管的通路,回水全部流入蓄水池回 水管并进入蓄水池,如此循环。当温度传感器测得的热泵机组供水温度高于28/20°C时开 始置换,电动温控阀动作,使得30%的回水流入蓄混水池,70%的回水通过回灌水管进行回 灌。此时蓄混水池的液位开始下降,直到下降到2. 2m时开启潜水泵,将地下水抽入蓄水池, 使得水位又上升到3. 2m时关闭潜水泵,电动调节阀再动作,切换到混水过程,继而进入下 一周期的循环置换模式。
[0202] 当负荷高于50%时采用混水置换模式,混水比设定为0. 3,电动温控阀的设定温 度,75 %负荷率取20°C,100 %负荷率取19°C,当温度传感器测得的进入热泵机组换热的 供水温度低于20/19°C时,电动温控阀动作控制30%的回水通过水井侧回灌水管排入回灌 井,剩余70%返回到蓄混水池中与池中的水进行混合,混合后的水经水源侧混水泵再进入 热泵机组换热。直到温度传感器测得的热泵机组供水温度高于20/19°C时开始置换,依然保 持30%的回水流入蓄混水池,70%的回水通过回灌水管进行回灌。此时蓄混水池的液位开 始下降,直到下降到2. 2m时开启潜水泵,将地下水抽入蓄水池,使得水位又上升到3. 2m时 关闭潜水泵,电动调节阀再动作,切换到混水过程,继而进入下一周期的混水置换模式。
[0203] 根据该小区住宅建筑全年冷负荷分布频数统计结果,供冷季共2232h,其中负荷率 在30 %以下占49 %,负荷率在30 % -60 %占32. 1 %,负荷率在60 % -80 %占15. 8 %,负荷 率在80% -100%占3. 1%,则通过本发明方法确定出的电动温控阀调节温度来控制地下水 源热泵系统水源侧夏季的运行模式,在整个夏季运行期内可以达到节电9. 75%效果。
[0204] 实施例2
[0205] 本实施例主要为了说明在冬季制热时,本发明水源侧节能运行模式的确定及运行 工况的调节过程:
[0206] (1)设定制热能力为1362kW,制热额定功率为282kW,冷凝器换热面积53. 3m2,蒸 发器换热面积为68m2的水源热泵机组。
[0207] (2)负荷侧循环水泵和水源侧循环水泵是定流量运行,空调水流量为290m3/h,水 源侧流量为85m 3/h,潜水泵置换流量为155m3/h。用户侧循环泵、混水泵额定功率分别为 42kW、10kW。潜水泵变频设置,功率与流量的对应关系如下表8:
[0208] 表8潜水泵变频功率一流量关系
[0210] (3)地下水抽水量为45kg/s,蓄水池容积为有效容积为500m3,最高液位3. 2m,最 低 2. 2m。
[0211] (4)初始时刻tMn= 15. 2°C,混水比选择0. 3、0.4和0. 5,在冬季制热工况的模拟 中,需要特别注意的是当冷冻水的出口温度过低时机组则不能正常工作,根据现场实测的 结果显示冷冻水的出口温度极限值到达过5. 5°C,因此以该温度作为参考。
[0212] (5)以减轻30%回灌水量为目标,即置换时的混水比为0.3。
[0213] (6)变频器效率IIvfd的拟合系数见表2 :
[0214] (7)电动机效率Tlni的拟合系数见表3 :
[0215] (8)压缩机容积效率Tl v/ Tl vQ的拟合系数见表4。
[0216] (9)压缩机等熵效率Tl s的拟合系数见表5。
[0217] (10)对传热系数Ke/K。进行修正时的识别参数β取-0.6637, γ取-0.6101。
[0218] (11)考虑压缩机个体差异引入的参数η 8取1.03。
[0219] 如上所述,通过本发明方法的使用,得到不同负荷率和电动温控阀切换温度对应 的循环置换模式热泵系统ECR sys,并将其与传统直供直排模式的ECRsys绘制于图9、图10、图 11中。
[0220] 负荷率为25%、50%,不同切换温度的循环置换模式系统功耗节能量Wp2绘制如 表9〇
[0221] 表9循环置换模式系统功耗节能量Wp2计算值
[0223] 可知,负荷率为25%时随着切换温度的下降,Wp2呈上升趋势,在11°C时达到最大 值0. 3508,而到10°C时又有所降低,因此认为在25%时的最优切换温度为11°C。而负荷率 为50 %时运行循环置换模式,冷冻水入口温度下降太快,不论切换温度设置在何处W值都 为负,因此在50%时将运行模式变更为混水置换模式。
[0224] 同样,得到不同负荷率和电动温控阀切换温度对应的混水置换模式热泵系统 ECRsys,并将其与传统直供直排模式的ECRsys绘制于图12、图13。
[0225] 将负荷率为50%、75%和100%,不同混水比的混水置换模式系统功耗节能量1_3 值绘制如表10。
[0226] 表10混水置换模式系统功耗节能量Wp3计算值
[0228] 由表10知,负荷率为50%时,混水比为0. 3的Wp3最大,混水比取0. 3。负荷率为 75%时,混水比为0. 3的W为正,其余混水比下都为负,因此混水比取0. 3。负荷率为100% 时,无论混水比设定值取多少,整个系统都是多消耗能量的,因此在该模式下最优混水比为 能量消耗最小的〇. 3。
[0229] 由此给出具有蓄混水装置的地下水源热泵系统冬季优化运行模式:在25%时选 择循环置换模式,在50 %、75 %和100 %时选择混水置换模式。负荷率为25 %的最优切换温 度为11 °C,负荷率为50 %的最优切换温度为13. 5 °C,负荷率为75 %时的最佳混水比为0. 3, 最优切换温度为12. 8°C,100%的最佳混水比为0. 3,最优切换温度为13. 5°C。
[0230] 负荷低于25%时采用循环置换模式,在机组运行前开启潜水泵,对蓄水池蓄水,直 至达到最高水位3. 2m,之后关闭潜水泵。开启循环置换模式,电动温控阀设定温度为11°C, 当温度传感器测得的进入热泵机组换热的供水温度高于11°C时,电动温控阀控制关闭水井 侧回灌水管的通路,回水全部流入蓄水池回水管并进入蓄水池,如此循环。当温度传感器测 得的热泵机组供水温度低于irC时开始置换,电动温控阀动作,使得30%的回水流入蓄混 水池,70 %的回水通过回灌水管进行回灌,蓄水池的液位开始下降,直到下降到2. 2m时开 启潜水泵,将地下水抽入蓄水池,使得水位又上升到3. 2m时关闭潜水泵,继而开始下一周 期的循环置换模式。
[0231] 当负荷高于50%时采用混水置换模式,设定混水比为0. 3,电动温控阀设定温度, 50%负荷率为13. 5°C,75%负荷率为12. 8°C,100%负荷率为13. 5°C,当温度传感器测得的 进入热泵机组换热的供水温度高于13. 5/12. 8/13. 5°C时,电动温控阀动作控制30 %的回 水通过水井侧回灌水管排入回灌井,剩余70 %返回到蓄水池中与池中的水进行混合,混合 后的水经水源侧混水泵再进入热泵机组换热。直到温度传感器测得的热泵机组供水温度低 于13. 5/12. 8/13. 5°C时开始置换,电动温控阀动作,使得30 %的回水流入蓄混水池,70 % 的回水通过回灌水管进行回灌,这时蓄水池的液位开始下降,直到下降到设定的最低液位 2. 2m时开启潜水泵,将地下水抽入蓄水池,使得水位又上升到3. 2m时关闭潜水泵,继而开 始下一周期的混水置换模式。
[0232] 根据该小区住宅建筑全年热负荷分布频数统计结果,供热季共2880h,其中负荷率 在30%以下占47. 5%,负荷率在30%-60%占37. 68%,负荷率在60%-80%占12. 71%,负 荷率在80% -100%占3. 1%,则通过本发明方法确定出的电动温控阀切换温度来控制地下 水源热泵系统水源侧冬季的运行模式,在整个冬季运行期内可以达到节电9. 16%的效果。
【主权项】
1. 一种水源侧节能运行模式切换的地下水源热泵方法,其特征在于,该方法包括下述 步骤: 步骤1 :首先根据地下水源热泵系统中包括潜水泵、水源侧混水泵及用户侧循环水泵 在内的输送水泵模型、输送水泵的样本参数,分别得到地下水源热泵系统在不同运行模式 (;pOTi下运行时,各模式对应的潜水泵的功耗N SIU、水源侧混水泵功耗Nmiu及用户侧循环水 泵的功SNniu,其中,i=l,2, 3 ; 步骤2 :然后根据地下水源热泵系统中蓄水池结构参数,进行Fluen
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