一種地源換熱器取熱性能測試中恆定熱流的控制方法
2023-05-29 16:30:26 1
專利名稱：一種地源換熱器取熱性能測試中恆定熱流的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種地源熱泵換熱器取熱性能測試中恆定熱流的控制方法。
背景技術：
利用以地表土或水源作為冷/熱源的地源熱泵為建築物進行供熱製冷，已經成為 近年來國內外建築節能的技術熱點。而地源換熱器的傳熱性能和運行可靠性又是這類節能 技術成功與否的關鍵。由於地表的地質構成、水文特性、物理特性等方面參數各不相同，相 應的傳熱性能就會隨之改變，因此在不同地區埋設的地源換熱器的傳熱性能就會不同。從 事地源換熱器設計，特別對大型工程來說，僅僅開展理論研究或實驗室傳熱試驗研究是不 夠的、不可靠的，因此美國等發達國家在技術標準中明確規定，把在施工現場進行地源換熱 器的實地試驗研究作為工程可行性研究和工程設計的前提條件。根據中華人民共和國國家標準《地源熱泵系統工程技術規範》GB50366-2005中相 關規定，在做地源熱泵換熱器取熱性能測試中要求製冷功率應保持恆定，如不能保持熱流 的恆定，會影響到地源熱泵換熱器傳熱性能測試的測試結果的準確性。在地源熱泵換熱器 取熱性能測試中，採用定頻壓縮機的熱泵機組製取冷水提供給土壤換熱器，以測試土壤換 熱器的換熱能力。地源熱泵換熱器取熱性能測試，是利用反算法推導出巖土熱物性參數， 其方法是從計算機中取出試驗測試結果，將其與軟體模擬的結果進行對比，使得方差和
/ =取得最小值時，通過傳熱模型調整後的熱物性參數即是所求結果。其中，
i=l
Tcala為第i時刻由模型計算出的埋管內流體的平均溫度為第i時刻實際測量的埋管 中流體的平均溫度；N為試驗測量的數據的組數。在定加熱功率的條件下τ時刻循環水平 均溫度，為Tf=Tff+qr Rb+-^--Erid^fA上式構成了完整的埋管內循環水與周圍巖土的換熱方程。式中有兩個未知參數， 周圍巖土導熱係數Xs和容積比熱容PsCs，利用該式可以求得上述兩個未知參數。從公式 中可以看出為了順利的完成測試要求，必須保證通過地下土壤換熱器的水熱流恆定。在實 際使用中，當熱泵機組所處環境溫度即冷凝溫度改變，會使得熱泵機組製冷量發生變化，導 致供給地下換熱器冷水的熱流發生變化，不能滿足地源熱泵換熱器取熱性能測試中所要求 的恆定熱流的條件。部分測試裝置中採用了變頻壓縮機，可以通過改變壓縮機壓縮量改變 製冷量，但是此方法成本高，控制複雜，精度不受人為控制，變化因素多，不能充分的達到恆 熱流的目的。
發明內容
發明目的本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種地源換熱器取熱性 能測試中恆定熱流的控制方法，通過對電加熱器功率調節實現對地源換熱器取熱實驗進行恆定熱流控制，大大提高了控制的精度和控制品質，可為工程設計提供可靠的依據。技術方案本發明所述的地源換熱器取熱性能測試中恆定熱流的控制方法，測試 中製取冷水的熱泵機組採用定頻壓縮機，使用可控矽控制器控制電加熱功率；根據熱泵進 出口水水溫及流量計算出熱泵的製冷功率，與設定的地源熱泵土壤換熱器換熱量進行比 較，當熱泵的製冷功率與設定值不相等時，改變可控矽控制器輸出電流，改變電加熱器加熱 量，使得進入土壤換熱器的冷水熱流恆定。具體包括如下步驟(1)根據位於熱泵機組蒸發器進出口處的溫度傳感器、流量傳感器採集到的溫度 值和流量值計算出此時熱泵的製冷功率；
(2)根據地源熱泵換熱器實際情況估算出的該測試中換熱器的換熱量，與步驟 (1)計算出的熱泵機組製冷功率進行比較，若兩者之間的相對誤差超過設定的數值，就改變 加熱器的換熱量；當製冷功率偏小時，減小可控矽控制器的輸出電流一定的值；當製冷功 率偏大時，增大可控矽控制器的輸出電流一定的值。(3)改變加熱器加熱功率後，返回第一步，繼續監控熱泵機組製冷功率，當超過一 定的時間步長後，達到電加熱器的制熱效果，此時若製冷量與換熱器換熱量的誤差仍然超 過誤差限，則繼續調節，若在調節一段時間後滿足誤差要求，保持電加熱功率，繼續測試。通過以上的控制方法，地源熱泵換熱器取熱性能測試中能夠基本上保持恆定熱流 的條件，從而達到測量土壤的熱物理性質的目的。本發明與現有技術相比，其有益效果是1、本發明方法採用電加熱器和可控矽結 合熱泵調節製冷制熱功率，運行安全可靠，調節方便，成本低廉，控制自動化，特別是針對測 試裝置採用的是定頻壓縮機，熱泵機組的製冷制熱功率不能及時改變的問題，採取本發明 方法完全可以達到相關標準的要求；2、本發明通過溫度傳感器採集換熱器進出口水溫，根 據算法調節電加熱輸出功率，控制精度高，響應速度快，相應的控制程序可以結合到地源熱 泵換熱器傳熱性能測試程序中同時運行，充分滿足地源熱泵換熱器傳熱性能測試中恆定熱 流的要求；3、本發明通過增加可控矽控制器控制，改變加熱器加熱電流，從而改變加熱器加 熱量，以抵消熱泵機組製冷功率的改變量，達到恆定熱流的控制目的；4、本發明針對地源熱 泵換熱器取熱性能測試中採用定頻壓縮機的熱泵機組進行恆熱流控制，有功能完善，控制 準確，結構簡單等特點，可以使得地源熱泵換熱器取熱性能測試能夠更好的保持在良好的 測試狀態，得到更加精確的測試數據。
圖1為本發明地源熱泵換熱器取熱性能測試恆熱流控制流程圖；圖2為本發明具體測試實例的土壤換熱器換熱量曲線。
具體實施例方式下面結合附圖，通過一個最佳實施例，對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發 明的保護範圍不局限於所述實施例。本發明通過在定頻機組後增加可控矽控制器控制，改變加熱器加熱電流，從而改 變加熱器加熱量，以抵消熱泵機組製冷功率的改變量，達到恆定熱流的控制目的。這種方法雖然成本低廉，結構簡單，但是控制範圍大，精度高，響應快，自由度大，完全滿足地源熱泵 換熱器取熱性能測試的要求，使測試裝置的保持在良好的測試狀態，得到更加精確的測試 數據具體的的保持熱流恆定的控制方法包括以下步驟第一步根據位於熱泵機組蒸發器進出口處的溫度傳感器、流量傳感器採集到的 溫度值和流量值計算出此時熱泵的製冷功率；第二步根據地源熱泵換熱器實際情況估算出的該測試中換熱器的換熱量，與第 一步計算出的熱泵機組製冷功率進行比較，若兩者之間的相對誤差超過一定的數值(例如 5% )，就需要改變加熱器的換熱量；當製冷功率偏小時，減小可控矽控制器的輸出電流一 定的值(大概為0. 5mA)，同理當製冷功率偏大時，增大可控矽控制器的輸出電流一定的值 (大概為0. 5mA)。第三步改變加熱器加熱功率後，返回第一步，繼續監控熱泵機組製冷量，當超過 一定的時間步長後，達到電加熱器的制熱效果，此時若製冷量與換熱器換熱量的誤差仍然 超過誤差限，則繼續調節，若在調節一段時間後滿足誤差要求，保持電加熱功率，繼續測試。通過以上的控制策略，地源熱泵換熱器取熱性能測試中能夠基本上保持恆定熱流 的條件，從而達到測量土壤的熱物理性質的目的。圖2給出了在使用本發明的地源熱泵換熱器取熱性能測試工程實例，表明在採用 本發明後地源熱泵換熱器取熱性能測試測試裝置能夠很好的完成恆定熱流的控制效果。如上所述，儘管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋 為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍前提下，可對 其在形式上和細節上作出各種變化。
權利要求
一種地源換熱器取熱性能測試中恆定熱流的控制方法，其特徵在於測試中製取冷水的熱泵機組採用定頻壓縮機，使用可控矽控制器控制電加熱功率；根據熱泵進出口水水溫及流量計算出熱泵的製冷功率，與設定的地源熱泵土壤換熱器換熱量進行比較，當熱泵的製冷功率與設定值不相等時，改變可控矽控制器輸出電流，改變電加熱器加熱量，使得進入土壤換熱器的冷水熱流恆定。
2.根據權利要求1所述的地源換熱器取熱性能測試中恆定熱流的控制方法，其特徵在 於具體包括如下步驟(1)根據位於熱泵機組蒸發器進出口處的溫度傳感器、流量傳感器採集到的溫度值和 流量值計算出此時熱泵的製冷功率；(2)根據地源熱泵換熱器實際情況估算出的該測試中換熱器的換熱量，與步驟(1)計 算出的熱泵機組製冷功率進行比較，若兩者之間的相對誤差超過額定的數值，就改變加熱 器的換熱量；當製冷功率偏小時，減小可控矽控制器的輸出電流一定的值；當製冷功率偏 大時，增大可控矽控制器的輸出電流一定的值。(3)改變加熱器加熱功率後，返回第一步，繼續監控熱泵機組製冷功率，當超過一定的 時間步長後，達到電加熱器的制熱效果，此時若製冷量與換熱器換熱量的誤差仍然超過誤 差限，則繼續調節，若在調節一段時間後滿足誤差要求，保持電加熱功率，繼續測試。
全文摘要
本發明公開一種地源換熱器取熱性能測試中恆定熱流的控制方法，其特徵在於測試中製取冷水的熱泵機組採用定頻壓縮機，使用可控矽控制器控制電加熱功率；根據熱泵進出口水水溫及流量計算出熱泵的製冷功率，與設定的地源熱泵土壤換熱器換熱量進行比較，當熱泵的製冷功率與設定值不相等時，改變可控矽控制器輸出電流，改變電加熱器加熱量，使得進入土壤換熱器的冷水熱流恆定。本發明通過溫度傳感器採集換熱器進出口水溫，根據算法調節電加熱輸出功率，控制精度高，響應速度快，相應的控制程序可以結合到地源熱泵換熱器傳熱性能測試程序中同時運行，充分滿足地源熱泵換熱器傳熱性能測試中恆定熱流的要求。
文檔編號G05B19/04GK101986221SQ20101055112
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者喬衛來, 安二銘, 龐麗穎, 徐相梅, 朱晟, 陳九法, 陳軍偉, 高龍 申請人:東南大學