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江水源热泵系统运行控制的优化研究

作　者: 曾菲
导　师: 白雪莲
学　校: 重庆大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 地表水源热泵系统优化模型控制策略系统能效
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 197次
引　用: 2次
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内容摘要

发展新能源和可再生能源是优化我国能源结构和改善环境质量的要求。作为一项可再生能源利用技术,地表水源热泵系统把储存于地表水体的太阳能资源作为冷热源,满足建筑物内热舒适性的要求。本论文以地表水源热泵空调系统为研究对象,在建立负荷模型和地表水源热泵系统优化模型的基础上提出应用于工程实际的控制策略,为地表水源热泵系统技术的工程实践推广提供技术支持。分析构成地表水源热泵系统能耗的两个主要因素机组和水泵的特性,以及江水的温度,水位以及水量这些资源参数如何通过对这两个因素影响从而间接影响系统能耗。采集重庆地区冬夏两季长江水温和空气温度数据,基于目前有关水温和气温关系的成熟理论,建立了重庆地区长江水温和当地气温的实时线性关系式;与重庆地区负荷与实时温度的关系结合组成重庆地区负荷与长江水温的模型,为得出系统的控制策略做铺垫。利用数学优化方法系统地建立了开式地表水源热泵系统的数学模型,并编制了开式地表水源热泵系统优化程序和可视化界面,最后以重庆市某地表水源热泵系统实例对其进行验证。开式地表水源热泵机组仿真模型主要由蒸发器、冷凝器、压缩机和热力膨胀阀的模型组成,并利用能量守衡的原理采用顺序模块法联系起来;同时用Matlab最小二乘法建立水源侧取水泵和末端冷冻水泵能耗模型。在此基础上,以系统能耗最低为最优值,以冷冻水出水温度为优化参数,采用最基本的优化理论,构成整个地表水源热泵系统优化模型。实测数据表明:能耗预测值与实测值误差小于5%。最后,在负荷模型和地表水源热泵优化模型基础上提出地表水源热泵系统的控制策略。根据全年的气候条件提出以室外空气焓值为分界线的地表水源热泵系统运行情况分区,得出系统的全年运行调节策略;然后在分析负荷和机组特性基础上,确定系统台数运行控制逻辑;利用系统优化模型确定机组运行状况下各控制参数值。最后以某一区域供冷供热项目为实例,详细分析了控制策略的实现过程。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及评价  9-14
    1.2.1 优化控制技术  9-12
    1.2.2 地表水源热泵  12-14
  1.3 研究目的  14-15
  1.4 研究内容  15-16
2 地表水源热泵系统的运行特点  16-30
  2.1 地表水源热泵系统的运行特点  16-18
  2.2 系统运行能效与能耗设备分析  18-24
    2.2.1 系统能效分析  18-20
    2.2.2 地表水源热泵系统主要能耗设备分析  20-24
  2.3 重庆市地表水源热泵系统实际运行状况  24-28
  2.4 本章小结  28-30
3 地表水源热泵系统影响因素  30-44
  3.1 水温  30-40
    3.1.1 水温和气温之间的关系  35-38
    3.1.2 负荷与气温之间的关系  38-40
    3.1.3 负荷与水温之间的关系  40
  3.2 江水水位  40-41
  3.3 取水水量  41-42
  3.4 本章小结  42-44
4 地表水源热泵系统优化模型  44-84
  4.1 模型的分类  44-45
  4.2 机组模型  45-65
    4.2.1 压缩机模型  48-50
    4.2.2 冷凝器和蒸发器模型  50-57
    4.2.3 膨胀阀模型  57
    4.2.4 制冷剂特性模型  57-58
    4.2.5 机组模型计算方法  58-65
  4.3 水泵模型  65-70
    4.3.1 管路性能曲线的调节  66-67
    4.3.2 水泵性能曲线分析  67-69
    4.3.3 取水侧水泵的能耗分析  69-70
    4.3.4 负荷侧水泵的能耗分析  70
  4.4 系统优化模型  70-72
  4.5 优化模型计算过程  72-74
  4.6 实例验证  74-76
  4.7 模拟结果分析  76-82
    4.7.1 过热度对系统性能的影响  76-79
    4.7.2 取水温度对系统性能的影响  79-82
  4.8 本章小结  82-84
5 地表水源热泵系统的全年控制策略  84-104
  5.1 系统全年运行调节  84-87
  5.2 系统控制逻辑和控制方法  87-94
    5.2.1 控制逻辑的研究现状  87
    5.2.2 机组台数控制逻辑  87-92
    5.2.3 机组冬季最低温度保护措施  92-93
    5.2.4 负荷末端控制方法实现  93-94
    5.2.5 取水侧（冷却水侧）控制方法  94
  5.3 系统整体控制策略  94-95
  5.4 实例分析  95-103
  5.5 本章小节  103-104
6 结论与建议  104-106
  6.1 结论  104-105
  6.2 建议  105-106
致谢  106-108
参考文献  108-114
附录  114-122
  A. 地表水源热泵系统优化模型部分Matlab 代码  114-118
  B. 重庆市某一地表水源热泵系统实测数据  118-122
  C. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录及科研项目  122

江水源热泵系统运行控制的优化研究

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