别墅地源热泵变流量温差控制及能耗分析

03月31日 管理员
  地源热泵中央空调系统被广泛应用于家用型建筑的制冷采暖系统当中,中央空调系统的控制主要通过三种方式,分别为压差控制,温差控制和符合控制,下面结合一个实际的工程,来为大家讲解地源热泵中央空调采用温差控制方式系统运行的一些特性,供您参考。
     随着水资源的枯竭,水源热泵空调系统的发展受到了限制。地源热泵空调系统越来越受青睐。对于地源热泵耗能主要是空调机组耗能和内/外循环泵耗能两个方面。随着空调机组控制的发展,机组能够蒸发器和冷凝器的进/出口水温和通过的水流量对压缩机进行多级卸载。这使得空调机组的能耗大大降低。对于两个水系统的循环泵来说,降低其能耗就是改变泵电机的转速,这会使泵的流量。由于空调机组蒸发器和冷凝器的流量已经允许在一定范围内变化,一般为设计流量的30%——130%。这使得泵变流量运行成为可能。
     1 水泵变流量能耗分析
     水泵变流量运行的特性分析一般采用泵的相似定律,即认为水泵流量Q,扬程H,功率P与转速N满足关系式
     采用这三个公式对水泵性能分析只有在相似工况点上才成立,实际情况下水泵变流量时不是在相似工况点下运行的,如果用这三个公式分析得出的结果会偏离实际的能耗。见图(1)(2)是某空调系统两个水系统循环泵的功率流量曲线。
     内循环流量功率关系: P=a+bQ+cQ2 (a =-8.49,b = -91.8,c = 1.04)
     外循环流量功率关系: P=a+bQ+cQ2+dQ3(a = 187.5,b = -166.9,c=1.71,d=-0.0023)
     从以上关系可以看出,实际的空调系统不一定满足相似定律,要实现对空调系统两个水系统循环泵变流量控制,必须根据实际情况确定水泵流量Q,扬程H,功率P与转速N的关系。
     2 地源热泵空调系统变流量控制方式比较
     对空调系统两个水系统循环泵进行变流量控制,是在一定的控制方式下实现的。常见的变流量控制方式有压差变流量控制,温差变流量控制,负荷变流量控制等。
     2.1 压差变流量控制
     压差变流量控制是用变频器改变泵的流量,保持空调系统供/回水干管或者最不利环路两侧压差的稳定。它是目前工程设计中应用最多的一种方案,从泵的运行特性出发,充分发挥水泵效率,采用这种控制方式下的空调系统运行稳定。
     由于只考虑到系统的管网特性,为考虑系统的热力特性,不能反映系统负荷的变化,不能保证室内温/湿度要求,节能效果不明显。 对泵的要求很高,要求泵的性能曲线陡峭, 性能曲线平滑的效果不明显。 对于地源热泵空调系统,外循环管网阻抗变化不大,很难实现对外循环泵的压差变流量控制。因为随着水温度的上升或降低,系统的压力也会随着增大或减小,这使得控制变得扑朔迷离。找到一个符合系统管网特性的△H设定值较困难。
     2.2 温差变流量控制
     温差变流量控制是用变频器改变泵的流量,保持空调系统供/回水温差稳定。从空调系统热力特性出发,能保证室内温/湿度要求,能够反映系统负荷的变化,供/回水温差可达到4.5℃以上,节能效果明显,能够实现对内/外循环泵变流量控制,适用于地源热泵变流量控制。
     温差变流量控制没有考虑系统管网特性,可能会造成系统运行不稳定。因而只适用于管网特性基本不变或变化不大的空调系统。由于机组本身具有根据负荷变化进行自动调节的功能,采用该控制方法会出现与机组控制不协调的现象,甚至会影响机组的正常工作。
     2.3 负荷变流量控制
     负荷变流量控制是根据温度和流量传感器测出系统实际所需的负荷量,通过系统实际的负荷量决定水泵和冷水机组的运行台数。这种控制方式管路简单,系统运行稳定。
     负荷变流量控制是对泵和机组的台数控制,节能效果不明显,而且对机组台数进行控制不容易实现。由于是对负荷总量的控制不能保证室内温湿度要求。
     2.4 地源热泵空调系统变流量控制
     通过对压差变流量控制,温差变流量控制,负荷变流量控制分析可以看出,压差变流量控制节能效果不明显,控制不容易实现。负荷变流量控制节能效果很差,不能满足室内温湿度要求。温差变流量控制节能效果明显,容易实现,但对系统管网特性有一定的要求。对于地源热泵空调系统采用温差变流量控制能够对两个水系统循环泵进行变流量控制,特别是对于外循环泵,由于外循环管网特性基本稳定,S(管网阻抗)基本不变,采用温差变流量控制方式效果更明显。
     3 地源热泵采用温差变流量控制对系统特性的影响
     3.1 内循环采用温差变流量控制对系统特性的影响
     冬季内循环采用温差变流量控制,使分集水器温差控制在5℃ ,随着负荷的变化,内循环水流量与负荷成等比例变化。
     从运行费用来说,冷凝温度越低,制冷系数越大,压缩机单位制冷量的耗功率越小。例如,某一型号的冷水机组,当蒸发温度一定时,冷凝温度每降低1℃,压缩机单位制冷量的耗功率约减小2%。内循环水分/集水器定温差运行时,可以减小内循环水泵的运行费用。然而,为了保证冷凝器内的热交换,冷凝温度必然要高于内循环水的出口温度,并且冷凝温度与内循环出口温度也要求有一低限,所以,加大冷冻水的进出口温差,减少了内循环水泵的功耗,就必须提高冷却水出口温度(通常冷却水进日温度基本上是定值),这又将引起冷凝温度的增加,降低了热泵机组的COP值,可以看出热泵机组随着负荷率的降低略有降低,但变化不大。

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