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《北京工业大学》 2016年
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空气源热泵冷冻水变回水温度优化控制方法及节能评价

洪阳  
【摘要】:由于空调负荷随着气象条件等因素动态变化,空调系统多数时间工作在部分负荷工况下,空调设备有很大的富余量,因此空调系统的运行应根据负荷而灵活调节。在空调系统运行调节中,冷冻水变水温调节是一种简单而高效的方法,具有显著提高制冷机组运行效率、节能改造二次投入少等突出优点。现有研究主要致力于冷冻水“变供水温度”研究,广泛探讨了提高冷冻水供水温度的可行性与节能效果,大量实践充分验证了变水温调节对空调节能有重要意义。空气源热泵是中、小型建筑常用的冷热源设备,其中定频热泵机组不具有负载调节能力,很难保证冷冻水供水温度稳定,一般根据回水温度对机组进行启停控制,以适应空调系统的动态负荷变化。现有变水温调节研究成果很难指导此类采用“回水温度控制”的空调系统优化运行,实际运行中空气源热泵往往忽略水温调节,影响空气源热泵空调系统高效、节能运行。为促进空气源热泵空调系统节能运行,本课题以北京工业大学建环实验室空气源热泵空调系统为研究对象,采用实验与仿真结合的方法,开发空气源热泵冷冻水“变回水温度”优化控制方法,并对其应用效果进行评价。主要工作包括:1)建立了空气源热泵空调系统的仿真模型。本文基于Dymola软件建立了仿真模型,该模型由房间、空气源热泵、风机盘管、循环水泵等子模型组成。在实验或设计工况下验证,各子模型模拟误差小于7%,可模拟空气源热泵空调系统的动态运行。2)揭示了定频空气源热泵回水设定温度对室内环境与空调能耗影响规律。提高回水温度设定点能显著降低能耗,但是可能会对建筑热环境产生影响。当回水温度设定点提高1度,制冷机COP提高1.7%,空调能耗降低3.5%。当回水温度设定点提高到16oC,75%的运行时间能保证室内热环境。3)开发了空气源热泵冷冻水回水温度最佳设定点预测模型。首先通过模拟仿真方式,获取满足室内热舒适的空气源热泵回水温度最佳设定点与运行工况数据。然后,利用GRNN神经网络技术,建立空气源热泵冷冻水回水温度最佳设定点的预测模型。对模型进行验证,预测误差EEP小于4%,相关性大于0.9,93%以上预测数据误差小于±10%,预测模型准确可靠。4)基于回水温度最佳设定点预测模型提出了空气源热泵变回水温度优化控制方法。选取高、中、低不同负荷率的典型日进行仿真验证,优化控制方法降低空调能耗3.3%、8.4%、10.1%。,室内温度控制均在26.4oC以内,室内PMV均小于1.27,结果表明优化控制方法可以在满足室内舒适性需求的同时实现节能。5)预测了空气源热泵冷冻水变回水温度优化控制方法在典型地域的节能效果。选择寒冷地区的北京、石家庄,夏热冬冷地区的上海,夏热冬暖地区的广州,应用优化控制方法进行整个制冷季的仿真模拟,与传统的定12oC水温的控制方法对比,空调能耗降低了10.29%~12.93%。对于寒冷和夏热冬冷地区城市,由于室外温度波动大,节能效果尤为显著。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU83

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