一种土壤源热泵系统能效优化方法及优化系统 |
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| 申请号 | CN201510042776.4 | 申请日 | 2015-01-28 | 公开(公告)号 | CN104567105A | 公开(公告)日 | 2015-04-29 |
| 申请人 | 中国科学院沈阳应用生态研究所; | 发明人 | 郗凤明; 王娇月; 张晨宇; 王玉祥; 赵强; 安婧; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 土壤 源 热 泵 系统能效优化方法，所述方法包括：获取土壤源热泵系统的热泵机组进口 水 温；根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的 波动 范围；获取土壤源热泵系统的 蒸发 器 的蒸发 温度 和 冷凝器 的冷凝温度；当所述蒸发温度低于蒸发温度 阈值 时，升高所述蒸发温度；当所述冷凝温度高于冷凝温度阈值时，降低所述冷凝温度，根据土壤源热泵系统运行信息，调节 压缩机 工作 频率 并优化管材结构和材料。本发明 实施例 有效控制热泵机组的进口水温和 传热 温差，避免了蒸发温度过低或冷凝温度过高而引起的土壤源热泵系统性能系数降低，并优化压缩机拼配和管材设计，从而全面提高系统效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种土壤源热泵系统能效优化方法，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种土壤源热泵系统能效优化方法及优化系统技术领域背景技术[0003] 土壤源热泵能效是指土壤源热泵系统在额定工况和额定条件下制热量(制冷量)与输入功率之间的比率。土壤源热泵在工作过程的能效并不并不稳定，系统无法进行优化从而达到较高的土壤源热泵系统能效。 发明内容[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种土壤源热泵系统能效优化方法及优化系统，能够提高土壤源热泵系统的能效。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种土壤源热泵系统能效优化方法，所述方法包括：获取土壤源热泵系统的热泵机组进口水温； 根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的波动范围； 获取土壤源热泵系统的蒸发器的蒸发温度和冷凝器的冷凝温度； 当所述蒸发温度低于蒸发温度阈值时，升高所述蒸发温度； 当所述冷凝温度高于冷凝温度阈值时，降低所述冷凝温度。 [0007] 优选的，所述根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的波动范围，包括：当土壤源热泵系统的使用时间小于五年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±0.5℃之间。 [0008] 优选的，所述根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的波动范围，包括：当土壤源热泵系统的使用时间大于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±2℃之间。 [0009] 优选的，所述根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的波动范围，包括：当土壤源热泵系统的使用时间大于等于五年小于等于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±1℃之间。 [0010] 本发明还提供一种土壤源热泵系统能效优化系统，所述系统包括：进口水温获取模块，用于获取土壤源热泵系统的热泵机组进口水温； 进口水温控制模块，用于模块根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的波动范围； 蒸发冷凝温度获取模块，用于获取土壤源热泵系统的蒸发器的蒸发温度和冷凝器的冷凝温度； 蒸发温度调整模块，用于当所述蒸发温度低于蒸发温度阈值时，升高所述蒸发温度； 冷凝温度调整模块，用于当所述冷凝温度高于冷凝温度阈值时，降低所述冷凝温度。 [0011] 优选的，所述系统还包括：系统信息获取模块，用于获取土壤源热泵系统运行信息； 工作频率调整模块，用于根据土壤源热泵系统运行信息，调节压缩机工作频率。 [0012] 优选的，所述进口水温调整模块包括：第一控制单元，用于当土壤源热泵系统的使用时间小于五年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±0.5℃之间。 [0013] 第二控制单元，当土壤源热泵系统的使用时间大于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±2℃之间。 [0014] 第三控制单元，用于当土壤源热泵系统的使用时间大于等于五年小于等于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±1℃之间。 [0016] 优选的，所述土壤源热泵系统的埋地管为方形埋地管，所述埋地管表面设置有换热肋或翅片。 [0017] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，通过根据所述土壤源热泵系统的使用时间，能够严格准确的控制整热泵机组进口水温的波动范围，从而使土壤源热泵系统始终以高效运行，当所述蒸发温度低于蒸发温度阈值时，升高所述蒸发温度，当所述冷凝温度高于冷凝温度阈值时，降低所述冷凝温度避免了蒸发温度过低或冷凝温度过高引起的土壤源热泵机组性能系数降低的问题，从而控制传热温差，提高土壤源热泵系统的性能系数。 附图说明 [0018] 图1为本发明实施例的土壤源热泵系统能效优化方法流程图；图2为本发明实施例的土壤源热泵系统能效优化方法结果图。 具体实施方式[0019] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。 [0020] 本发明的实施例的土壤源热泵系统能效优化方法，如图1所示，所述方法包括：步骤101：获取土壤源热泵系统的热泵机组进口水温。 [0021] 步骤102：根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的波动范围。 [0022] 其中，当土壤源热泵系统的使用时间小于五年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±0.5℃之间。当土壤源热泵系统的使用时间大于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±2℃之间。当土壤源热泵系统的使用时间大于等于五年小于等于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±1℃之间。 [0023] 步骤103：获取土壤源热泵系统的蒸发器的蒸发温度和冷凝器的冷凝温度。 [0024] 其中，蒸发温度的降低和冷凝温度的升高，均会使机组的制冷量，性能系数降低以及压缩比功升高,在环境温度、压缩机效率和两器换热温差一定时，制冷循环存在最佳蒸发温度，热泵循环存在最佳冷凝温度，此温度可使循环的用效率达到最大值，为此，选择合适的传热温差，使蒸发温度不能过低，冷凝温度不能过高，从而提高性能系数。具体措施可以适当的增加传热面积，将换热器分区设计，形成梯级换热或采用经过表面强化传热处理的材料等方法法降低换热温差。 [0025] 步骤104：当所述蒸发温度低于蒸发温度阈值时，升高所述蒸发温度。 [0026] 步骤105：当所述冷凝温度高于冷凝温度阈值时，降低所述冷凝温度。 [0027] 其中，蒸发温度的降低和冷凝温度的升高，均会使机组的制冷量，性能系数降低以及压缩比功升高，为此，选择合适的传热温差，使蒸发温度不能过低，冷凝温度不能过高，从而提高性能系数。 [0028] 可以适当的增加传热面积，将换热器分区设计，形成梯级换热或采用经过表面强化传热处理的材料等方法降低换热温差。因此合理确定蒸发器和冷凝器换热的形式、大小以及进出口温度，进一步完善蒸发器和冷凝器的匹配技术，是充分利用土壤能源，提高室内环境品质的重要保障。 [0029] 优选的，所述方法还包括：获取土壤源热泵系统运行信息。 [0030] 根据土壤源热泵系统运行信息，调节压缩机工作频率。 [0031] 为了获得较高效率的压缩机，首先要对压缩机的设计进行优化，减少压缩机的各种损失，压缩机的效率随工况的变化而变化，因此每种型号的压缩机只有在特定工况下才具有较高的效率。其次，保持较高的运行效率，机组可以采用变频压缩机能量调节技术来降低年度能耗，实现长远意义上的节能。同时，还需要对压缩机采取高效运行的有效控制。最后，将压缩机耗电与峰谷电价，相变储能等节能技术联合运行，以达到降低压缩机耗能，提高机组性能的目的。 [0032] 本实施例中，通过根据所述土壤源热泵系统的使用时间，能够严格准确的控制整热泵机组进口水温的波动范围，从而使土壤源热泵系统始终以高效运行，当所述蒸发温度低于蒸发温度阈值时，升高所述蒸发温度，当所述冷凝温度高于冷凝温度阈值时，降低所述冷凝温度避免了蒸发温度过低或冷凝温度过高的问题，从而控制传热温差，提高土壤源热泵系统的性能系数。 [0033] 本发明还提供一种土壤源热泵系统能效优化系统，如图2所示，所述系统包括：进口水温获取模块201，用于获取土壤源热泵系统的热泵机组进口水温； 进口水温控制模块202，用于模块根据所述土壤源热泵系统的使用时间，控制热泵机组进口水温的波动范围； 蒸发冷凝温度获取模块203，用于获取土壤源热泵系统的蒸发器的蒸发温度和冷凝器的冷凝温度； 蒸发温度控制模块204，用于当所述蒸发温度低于蒸发温度阈值时，升高所述蒸发温度； 冷凝温度控制模块205，用于当所述冷凝温度高于冷凝温度阈值时，降低所述冷凝温度。 [0034] 蒸发器和冷凝器是热泵机组的重要组成部分，蒸发器既埋地换热器作为热泵与土壤进行热交换的唯一设备，冷凝器是完成热泵与室内热交换的重要设备。合理确定蒸发器和冷凝器换热的形式、大小以及进出口温度，进一步完善蒸发器和冷凝器的匹配技术，是充分利用土壤能源，提高室内环境品质的重要保障。 [0035] 优选的，所述系统还包括：系统信息获取模块，用于获取土壤源热泵系统运行信息； 工作频率调整模块，用于根据土壤源热泵系统运行信息，调节压缩机工作频率。 [0036] 土壤源热泵系统在工作时，通过埋设在地下的换热管与岩土体进行热交换，冬季把岩土体重的热量取出来，供给室内供热；夏季把室内热量取出来，释放到岩土体中。这其中只消耗一部分能量，即压缩机耗电，热泵实现了将低品位热能转化为高品位热能的可能，节约了大量电能。为了提高土壤源热泵的能效，进一步减少压缩机耗能的意义是重大的。既可以改善压缩机的性能，又可以将压缩机耗电与峰谷电价，相变储能等技术联合运行，以达到提高土壤源热泵能效的目的。 [0037] 优选的，所述进口水温控制模块包括：第一控制单元，用于当土壤源热泵系统的使用时间小于五年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±0.5℃之间。 [0038] 第二控制单元，当土壤源热泵系统的使用时间大于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±2℃之间。 [0039] 第三控制单元，用于当土壤源热泵系统的使用时间大于等于五年小于等于二十年时，控制热泵机组进口水温的波动范围在±1℃之间。 [0040] 优选的，所述土壤源热泵系统的埋地管为热熔镀铝管。 [0041] 优选的，所述土壤源热泵系统的埋地管为方形埋地管，所述埋地管表面设置有换热肋或翅片。 [0042] 其中，土壤源热泵系统中常用的材料是高密度聚乙烯，在系统运行中，管子中的流体通过管壁与周围材料进行热交换，U型管的导热系数较小，管壁的热阻会影响流体与土壤的换热。通过采用新型的高效埋地管—热熔镀铝管，它耐高压、耐腐蚀、换热系数大且成本低，所述热熔镀铝管的导热系数范围为70W/（m•k）至90 W/（m•k），优选的，导热系数为80W/（m•k），约为高密度聚乙烯的160倍左右。同时地埋管形状采用方形管或扁管类型。并通过在管外壁上加肋或翅片的方式增大换热面积。 [0043] 通过从土壤源热泵系统中热泵机组（包括蒸发器、冷凝器和压缩机）和地埋管换热两个组成部分出发，改善提高系统的能效。压缩机电耗的减小进一步减少了耗能，实现仅利用一小部分能量获得更多更品位能的目的；蒸发器和冷凝器的匹配优化，提高了热泵机组的效率，进而也改善了土壤源热泵的能效；开发研制新型的管材，提高了换热系数，减少了打井的数量，降低成本，同时也提高了土壤源热泵系统的能效。 [0044] 需要说明的是：上述实施例提供的土壤源热泵系统能效优化系统在实现上述功能时，仅以上述功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的土壤源热泵系统能效优化系统与土壤源热泵系统能效优化方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。 [0045] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
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