[发明专利]基于供需匹配的空气源热泵变回差水温控制方法及系统

说明书

本发明涉及供暖空调设备技术领域，具体涉及一种基于供需匹配的空气源热泵变回差水温控制方法及系统，本发明根据建筑热工设计与气密性情况，建立可反映室温响应与波动的建筑模型；根据空气源热泵运行实测数据，引入状态识别参数区分启动阶段与稳定运行阶段，通过数据驱动算法建立可反映启停动态过程与损失的机组模型；建立考虑动态热过程的末端模型与考虑水路惯性的输配模型；以机组制热量、末端供热量和建筑散热量三者间的动态耦合关系形成空气源热泵系统动态模型；根据目标系统的室内热舒适需求建立变回差水温控制策略，在运行中根据该变回差水温控制策略控制机组运行。本发明改善了低负荷状态下空气源热泵机组的频繁启停问题，提升系统性能，降低系统耗电量，减少启停过程中的噪声影响，并有助于延长压缩机寿命。

技术领域

本发明涉及供暖空调设备技术领域，具体涉及一种基于供需匹配的空气源热泵变回差水温控制方法及系统。

背景技术

我国北方地区冬季燃煤供暖造成了巨大的能源消耗与严重的环境污染问题。2017年，我国建筑运行总商品能耗为9.63亿tce，约占全国能源消耗总量的21％，其中北方城镇供暖能耗高达2.01亿tce，占建筑运行总商品能耗的21％，其碳排放量占建筑运行碳排放量的22％。为推进建筑节能、改善大气环境，我国政府于2016年提出“清洁取暖”政策并开展“煤改电”工作。空气源热泵因其利用可再生能源、高效节能、安装与操作便捷、运行可靠等优点，成为我国北方农村地区清洁能源取暖的主要方式。

空气源热泵供暖系统的性能受到气候条件、机组供热能力与建筑热负荷的匹配特性、供暖系统配置与运行控制策略等因素的影响。因机组选型基于稳态峰值负荷并考虑一定安全系数，而建筑实际热负荷随室外气象条件动态变化，空气源热泵系统长时间工作在部分负荷工况下，需通过变频、启停等方式调节供热量以匹配建筑需求，低负荷条件下频繁启停问题较为普遍。相关研究表明，空气源热泵开机过程中制冷剂侧高低压力的建立、停机过程中的待机与输配功率等将导致启停损失。

建筑设计负荷基于采暖室外计算温度确定，而供暖季室外温度长期高于此值，由于建筑负荷随室外温度升高而降低、机组制热量随室外温度升高而升高造成的“剪刀差”现象，非设计工况下的启停调节可导致供暖季系统能效相较于名义值降低6％～20％，若机组超配则损失高达30％。因此，制定合理的控制策略优化其部分负荷动态运行至关重要。

水温(供水或回水)控制为空气源热泵供暖系统的主要控制方式之一。既有研究多关注水温设定值的优化，基于4～5K的固定控制回差，在低负荷状态下通过气候补偿等算法降低设定值，可一定程度地提升机组性能，但对频繁启停问题的改善作用有限。而考虑到建筑围护结构性能的逐渐提升与其蓄热功能对室温波动的平抑作用，在较高室外温度下增大控制回差，在室温波动可接受、建筑热需求得到保障的前提下提升机组性能成为可能，是十分值得关注的研究方向。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于供需匹配的空气源热泵变回差水温控制方法及系统，用于改善低负荷状态下空气源热泵机组的频繁启停问题，提升系统性能，降低系统耗电量，减少启停过程中的噪声影响，并有助于延长压缩机寿命。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开一种基于供需匹配的空气源热泵变回差水温控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：

S1根据建筑热工设计、气密性情况，建立可反映室温响应与波动的建筑模型；

S2根据空气源热泵运行实测数据，引入状态识别参数区分启动阶段与稳定运行阶段，通过数据驱动算法建立可反映启停动态过程与损失的机组模型；

S3建立考虑动态热过程的末端模型与考虑水路惯性的输配模型；

S4以机组制热量、末端供热量和建筑散热量三者间的动态耦合关系形成空气源热泵系统动态模型；

S5基于建立的动态模型，根据目标系统的室内热舒适需求建立变回差水温控制策略；