一种水源热泵节能优化控制方法

摘要

本发明公开了一种水源热泵节能优化控制方法，通过PID局部控制模块采集水源热泵运行时实测的数据，利用水源热泵机组模型、负荷侧水泵模型和水源侧水泵模型对系统综合能耗进行计算，通过梯度优化算法，确定系统的最优运行策略，如热泵机组开启数量、水泵变速运行参数等，并可根据确定的节能优化运行策略(可控运行参数的最优组合)，通过DDC控制器对水源热泵系统的运行参数进行调整，达到系统总运行能耗最小的目的。

主权项

一种水源热泵节能优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）利用PID局部控制模块中的DDC控制器采集水源热泵系统运行时的无法控制变量和可控变量，包括：e：负荷侧二次水环路阻力DPLP：负荷侧二次环路压差VLP，ChW：负荷侧二次环路水体积流量ηSPMP：负荷侧二次泵综合效率HPPMP：负荷侧一次泵扬程ηPPMP：负荷侧一次泵综合效率TCHLR,ChW，S：负荷侧供水温度TCHLR,CW,S：负荷侧回水温度VCHLR,CW，per每台主机水源水流量VCHLR,ChW,per每台主机负荷侧水流量NCHLR：运行主机台数c0,c1,c2,c3：水源热泵主机模型回归参数TWB:空气湿球温度TDB:空气干球温度TRiver:水源侧水温HCWPMP：水源侧水泵扬程ηCWPMP：水源侧水泵综合效率（2）将上述实时采集的变量储存在数据库中；（3）基于模型的优化控制策略模块建立了水源热泵机组模型、负荷侧水泵模型和水源侧水泵模型，利用上述模型对水源热泵系统综合能耗进行计算，其 总能耗采用下面公式：PSystem＝PSourcePump+PHeathPump+PLoadPump式中：PSystem：系统总能耗PSourcePump:水源侧水泵总能耗PHeatPump：水源热泵机组总能耗PLoadpump：负荷侧水泵总能耗a）、水源热泵机组模型：该模型所需要的独立变量主要包括：负荷侧供水温度、负荷侧回水温度、主机出力、每台主机水源水流量、每台主机负荷侧水流量、运行主机台数、水源热泵主机模型回归参数；该模型的一般形式如下：y=c0+c1x1+c2x2+c3x3 x 1 = T cho Q ChW , x 2 = T cdi - T cho Q ChW T cdi , x 3 = ( 1 COP + 1 ) Q ChW T cdi y = ( 1 COP + 1 ) T cho T cdi - 1 - 1 ( V CW , per ρ w c pw ) ( 1 COP + 1 ) Q ChW T cdi Tcho=(TCHLR,ChW，S)+273.15Tcdi=(TCHLR,CW，S)+273.15 COP = Q ChW P CHLR , 式中ρw是水密度(kg/m3)，cpw是水比热(kJ/kg·K)；主机的能耗PCHLR(kW)可以用下式预测: P CHLR = [ ( c 0 + c 1 x 1 + c 2 x 2 + 1 ) T cdi ( - c 3 Q ChW + T cho - Q ChW ( V CW ρ w c pw ) ) - 1 ] Q ChW 如果主机电机最大功率已知PMtr,max(kW)，则在给定条件下，主机最大的制冷能力QCHLR，Cap(Kw)是 Q CHLR , Cap = - b + b 2 - 4 ac 2 a a = c 3 + 1 ( V CW ρ w c pw ) b = T cdi - T cho + ( c 3 + 1 ( V CW ρ w c pw ) ) P Mtr , max + c 0 T cdi c=c1TchoTcdi+c2(Tcdi‑Tcho)‑TchoPMtr，max所以主机综合能效(kW/ton)是: ξ CHLR = P CHLR Q ChW 3,412 12,000 = 3.517 ( ( c 0 + c 1 x 1 + c 2 x 2 + 1 ) T cdi ( - c 3 Q ChW + T cho - Q ChW ( V CW ρ w c pw ) ) - 1 ) 计算部分负荷下，系统的最优效率，可以对上式求QChW求一阶导数，则在部分负荷情况下，最优的制冷效率，可用下式求解 ∂ ( P Q ch ) ∂ Q ch = 0 Q CHLR , Opt = 3,412 12,000 - b + b 2 - 4 ac 2 a a=c0+1, b = 2 ( c 1 T cho + c 2 T cdi - T cho T cdi ) , c = - T cho c 1 T cho + c 2 ( T cdi - T cho ) T cdi c 3 + 1 ( V CW ρ w c pw ) 其中，冷冻水流量VCW应处于系统最大、最小流量之间；其中运行主机台数NCHLR根据总的主机出力与单机主机最大的制冷能力 QCHLR，Cap的比值，取整得到；b）、负荷侧水泵模型：水泵的一般能耗计算如下式 P pump = V × H × SG η all 式中V是水流量，H是水泵扬程，ηall＝ηpumpηmotorrηVSD在不同转速下的效率由水泵的效率曲线计算，电机的效率通过时间负载与铭牌负载的比值计算，当电机的负载功率大于25马力小于铭牌功率时，其采用公式：ηmoor=0.94187×(1‑e‑0.0904x)根据实际转速的百分比利用下式计算其动态效率ηVSD=50.87+1.283x‑0.0142x2+5.834×10‑5x3水泵输送的总能量为: Q ChW = V ChW ΔT ChW 24 式中QChW是系统的制冷或制热量，单位为kW，VChW是系统空调水流量，单位是m3/h，ΔTChW是空调水供回水温差，单位为F，水泵的综合效率由下式计算： ξ pump = P pump Q ChW = N pump × V × H η all × 24 V ChW ΔT ChW 式中Npump为水泵运行台数对于一次泵,Npump×V=VChW.由于一级水泵的流量为定流量，所以一级水泵的扬程是固定值，如果一次泵的效率为ηPPMP,则一次泵的等效效率（Kw/ton）由下式计算: ξ PPMP = 0.004521 H PPMP η PPMP ΔT ChW 对于二次泵的流量为,Npump×V=VLp,ChW,由于二次泵是变频泵，其值与主机内的流量不同，水泵的扬程用下式来估算：HSPMP=DPLp+eG2Lp_ChW式中DPLp为二次环路压差，e为二次水环路阻力，GLp_ChW为流体的质量流量，其值等于流体的体积流量VLp_ChW与流体密度的乘积，则二次泵的能耗可用下式计算： P SPMP = G Lp _ ChW × ( DP Lp + e V Lp _ ChW 2 ) η SPMP 式中ηSPMP是负荷侧水泵的综合效率；根据此计算模型，结合负荷侧水泵台数计算负荷侧的总能耗；c）、水源侧水泵模型在实际工程中可以忽略水泵温升因素，对于水源侧水泵建立下述热平衡方程: V load ΔT load 24 = ( 1 + ξ CHLR 3600 ) Q Load = ( 1 + ξ CHLR 3600 ) V source ΔT source 24 水源侧水泵的有效传输效率用下式计算： ξ CWPMP = H CWPMP η CWPMP V CW , per Q ChW , per 式中HCWPMP为水源侧水泵的扬程，ηCWPMP为水源侧水泵综合效率，除水泵综合效率外，其计算方法与负荷侧水泵类似,VCW，per是水源水流量,QChW，per为主机负荷；根据此计算模型，结合水源侧水泵台数计算水源侧的总能耗；（4）、将已采集、存放于数据库中的无法控制变量和可控变量输入到基于模 型的优化控制策略模块的数学模型中，通过梯度优化算法，得出系统的最小运行总能耗，即目标函数，从而得到水源热泵系统运行控制中可控变量最优值，得到优化运行策略的各控制参数；（5）、利用实测数据，通过远程数据分析与模型修正模块对模型进行校验和修正，若计算精度不满足要求，在对模型参数修正后，重新重复步骤（1）~步骤（4）进行优化；（6）将步骤（4）得到并经步骤（5）检验或修正后的各控制参数最优组合，通过DDC控制器对系统运行参数进行调整，从而实现节能运行。