广一泵丨水源热泵系统变工况输送能耗优化的总结与展望

为了解决水源热泵水系统总输送能耗过高的问题，本文从整个系统的角度出发，通过建立水源热泵机组的数学模型、水栗能耗模型，对系统总输送能耗进行了优化计算，结论如下：
(1)提出了多台同型号水泵并联变速工况下的表达式。提出了确定水泵区的方法。利用MATLAB编制了计算水泵能耗的程序，结合实例分析了不同水泵组合运行方式下水泵的能耗差异，以水栗定速工况能耗为基准能耗，当流量为140m3/h时，3台水泵同时变速运行时节能21%，2台变速1台定速节能19%，当流量为95m3/h时，2台同时变速节能50%，1台变速1台定速节能42%。因此采取水泵同时并联变速运行是节能的运行方式。
(2)通过建立某型号半封闭螺杆式水源热泵机组数学模型，编制了模型计算程序，研究了机组在变冷却水和变冷冻水流量、变冷却水进水和变冷冻水出水温度四个工况下机组COP的变化规律，根据模拟得到的数据，运用lstopt拟合工具得到了变流量、变温度工况下机组COP的高精度拟合关系式，对模拟数据广一水泵分析可以得到如下结果：①冷却水流量变化对机组COP的影响大值为12.43%，而冷冻水流量变化对机组09尸影响的大值为6.7%，由此可知，冷却水流量的变化对机组COP影响性更大。②机组COP随冷却水进水温度的提高而减小，减幅大百分比为28.31%，冷却水进水温度每升高1℃，机组Q9P约降低4.5〜7%。随冷冻水出水温度的降低而减小，减幅大百分比为18%，冷冻水出水温度每降低1℃，机组COP降低约3.2%~5.8%。结果表明冷却水进水温度对机组COP的影响大于冷冻水出水温度，因此在空调系统设计与运行过程中要特别注意水源水温度变化对COP的影响。
(3)对水源热泵系统的分类进行了简要介绍，广一泵分析了水源热泵水系统总输送能耗组成，建立了总输送能耗数学模型，以MATLAB中优化函数fmincon为工具，结合实例对系统总能耗进行了优化计算，结果表明：经过优化后水系统总输送能耗较未优化之前更低，且随着负荷率的降低，能耗降低越明显，当负荷率为0.3时，二者相差12.7%，节果明显。因此可得出以下结论：对水源热泵水系统总输送能耗进行优化是一种节能运行措施，有利于实现热泵系统的经济性与环保性。
(4)以某一实际直接式地表水源热泵系统为例，结合第2、3、4章所建立的模型，分析了3台变速、3台定速、2变1定、2台变速、1变1定、2台定速6种工况下系统总能耗随负荷率的变化情况。结果表明，负荷率为1[0.5，1]时采取3台变速节能，其中3台变速运行下系统输送总能耗较3台定速运行时能耗平均可节省6.5%，且负荷率越低，能耗差值越大，系统运行更经济，如负荷率为0.5时，节能率为12.4%。负荷率为[0.2，0.5]时采取2台变速节能，其中2台变速运行下系统输送总能耗较2台定速运行时能耗平均可节省13.4%，且负荷率越低，能耗差值越大，系统运行更经济，如负荷率为0.2时，节能率为23.4%。
本文通过对水源热泵水系统总输送能耗进行优化分析，得到了一些令人满意的结果，为水源热泵系统的设计和运行提供了一些理论上的指导。但是由于时间以及个人能力的不足，本文在分析研宄的过程中，还存在一些缺陷和不足，有待在以后的研究中进一步完善，广一泵总结其不足之处主要体现在以下几个方面：
(1)对同型号的水泵并联工况定速与变速模式下的能耗变化编制了计算程序，而未考虑不同型号的水泵并联、串联工况下的能耗变化，以后可对该方面进行分析研究，从而为工程实际中水泵的选择与运行控制提供更多理论指导。
(2)水源热泵机组数学模型是在理论压缩式制冷循环的基础上进行分析研宄的，并未考虑实际过程中的阻力损失及与外界的热交换等不可逆因素，从而导致所得结果不够；另外，本文所建立的模型是以冷凝器的换热管长度作为收敛判别标准，因此可考虑以蒸发器的换热管长度作为收敛条件进行建模。
(3)水源热泵水系统输送能耗模型时，只考虑水泵运行能耗，而忽略了其他设备（电子膨胀阀、电磁阀等）的功率消耗以及管路的能量损耗，因此可进一步分析加入上述能耗后系统总输送能耗的变化情况。
(4)以某一实际工程为例，该工程实例中的水系统采用的是一次泵变流量系统，因此可对二次泵变流量水系统进行工程实例计算，以验证模型的正确性和普遍性。
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