大中型能源站采用水源热泵的项目不少，水源热泵运行能耗优于空气源热泵，投资小于地源热泵。在地表水水质较好的情况下，通过控制水温、水质能够实现全年冷热源的高效运行和生活热水的制取。长三角地表水水温全年波动范围宽，但绝大部分时间段处于热泵高效工作区。解决好地表水的水质与水处理运行能耗的平衡，充分利用蓄冷储热，实现水源热泵的柔性运行，用电低谷时的错峰运行，用电高峰时的让电节能运行，接受电网调控，装有光伏时采用相应容量的直流电机，就地就近直接低损耗地消纳可再生能源发电。从能源的角度把水、暖、电有机结合起来，通过巧妙控制设备优化组合实现全年的优化运行。转变设计理念，关注设备额定能效上升到创造设备有利的工作条件，用柔性智慧取代保守僵化，用物理分析取代死套规范，用减少碳排放取代追求绿建条款。取代追求绿建条款。
An optimal control method for efficient operation of water source heat pump throughout the year
【技术实现步骤摘要】
一种水源热泵全年高效运行的优化控制方法
[0001]机房群控需要暖通和自控专业紧密配合，需要改变当下重物轻人的高碳理念。能源站设有蓄冷储热系统时可以水箱与主机同时供能、主机一边供能一边蓄能、水箱单独供能、蓄能等多种运行方式。好的组合方式可助力机房高效，充分发挥储能的优势。简单地釆用7～12
°
C供冷和40～45
°
C供热不节能。根据末端用能情况特别是除湿要求变水温运行可大大提高机组能效。
技术介绍
[0002]随着可再生能源特别是光伏电力比重的増加，蓄冷储热不再是利用低谷电力和调峰填谷，主机用电量大，在储能的帮助下实现柔性用电，接受电网调度，能产生更大的经济和社会效益。机房群控常采用白箱模型和数据驱动。水源热泵机房采用江（河）水时，源水的水温日变化小于1
°
C，机组运行的可控性强，采用白箱模型为主，结合运行数据微调控制策略，可实现全年高效运行。
技术实现思路
[0003]冷水机组COP与冷冻水的流量和进出蒸发器的温度、冷却水的流量和进出冷凝器的温度相关。低的冷却水水温和高的冷冻水温有助于提高机组能效。以下表1
‑
表3是某磁悬浮离心冷水机组的运行参数。
[0004]表1: 冷水机组定流量，变回水温度运行参数（冷冻水出水温度7
°
C 、8
°
C）
表2: 冷水机组定温差变流量运行参数（冷冻水6
‑
12
°
C、7
‑
12
°
C）表3: 冷水机组定温差变流量运行参数（冷冻水8
‑
13
°
C、9
‑
14
°
C）
分析上表可以得出：负荷率大于50%时，温度对COP的影响要远大于流量对COP的影响。源水要经过水处理，对COP影响较小的情况下减小源水流量，可以降低水头损失，砂滤的效果好，在节能的同时获得更好的水质。负载率大于50%时，控制源水泵的频率，水处理的流量与机组的出力成正比。负载率小于50%时，冷却水的流量按照50%负载率5
°
C温差对应的流量运行，此时机组的制冷COP提高了，但源水泵浪费了一部分能量。蒸发侧的冷冻水有同样的问题，在负载率大于50%时，冷冻水按照5
°
C温差，流量与机组的出力成正比。机组在负载率小于50%时，机组的COP在增加，但冷冻水的温差会小于5
°
C。冷冻水的温差是由末端换热设备决定的，冷水机组负载率不足50%反映了末端的负荷不大。此时，可以提高冷水机组的出口温度，进一步提高冷水机组的COP。
[0005]表4: 离心热泵机组制热工况（源水温度9
°
C、10
°
C）表5: 离心热泵机组制热工况（源水温度4.5~7
°
C）
分析表4和表5的数据，可以看出机组满载工作时制热COP高，源水低温时需要加大机组蒸发器流量。下面结合附图1水源热泵机房系统图具体说明。
[0006]本专利技术的技术解决方案如下：1冷水机组制冷COP高于热泵机组COP，制冷时优先使用，当负荷较大不能满足要求时，蓄冷水箱联合供冷。冬季热泵机组与蓄能水池协同制热与供热。
[0007]2制冷季节分3个工况。工况A:湿度较大、温度不高的黄梅天或高温高湿的天气;工况B:湿度较小的高温天；工况C:温湿度小的天气或高温节假日等。近零能耗建筑的空调系统，新风所占的负荷比重增加，故在工况的分类上作为一个主要考虑因素。工况A机组冷冻水出水温度设定：供冷为主时7
°
C【蓄冷为主6
°
C（蓄冷设定值）】。工况B机组冷冻水出水温度设定：供冷为主时8
°
C【蓄冷为主7
°
C（蓄冷设定值）】。工况C机组冷冻水出水温度设定：供冷为主时9
°
C【蓄冷为主8
°
C（蓄冷设定值）】。
[0008]3夜间负荷较小，冷水机组并联工作(系统图中仅表示了1台冷水机组，实际项目中不少于2台)，机组负荷率控制在50%以下，蓄冷为主，冷冻水出水温度控制在蓄冷温度，每台机组25%负荷率的制冷量用于蓄冷。蓄冷水箱内水温通过板交后温度升高了1
°
C。
[0009]4白天总负荷小于单台机组25%时，冷水机组停止运行，由蓄冷水箱单独供冷，负荷率在单台机组25%
‑
50%时，由一台冷水机组供冷。总负荷率在单台机组50%
‑
100%时，启动2台冷水机组并联工作。负荷率在单台机组100%
‑
150%时,启动3台机组（若只有2台机组，与蓄冷水箱联合供冷，各供冷三分之一）。总负荷在单台机组150%
‑
250%时，2台机组负荷率控制在75%，其余部分由蓄冷水箱供给。蓄冷水箱内的水温经过供冷换热器后温度升高1
°
C，此时系统的冷冻水供水温度是冷水机组和蓄冷水箱经过换热器温升1
°
C的流量加权平均值。
[0010]5冬季制热时分3个工况。工况A:温度较低，源水温度低于5
°
C，此时热泵出口温度设定蓄热为主时设定为45
°
C，供热为主时设定为44
°
C.工况B:温度中等，源水温度介于5
‑
10
°
C之间，热泵出口温度设定，蓄热为主：43
°
C，供热为主时设定为42
°
C。工况C:温度较高，热泵出口温度设定，蓄热为主：41
°
C，供热为主时设定为40
°
。
[0011]6热泵机组与冷水机组最大的不同之处在于满负载工作时制热的COP最高。根据上述特点，以2台并联工作的热泵为例确定控制策略如下。尽量让热泵机组满载工作，当系统总的热负荷不足单台机组的额定制热量时，机组边供热边蓄热，如果此时蓄热水箱的冷水温度与热泵的供水温度之间的温差小于2
°
C，说明蓄热水箱基本蓄满了，此时停止热泵机组，改用蓄热水箱单独供热。如果总负荷在单台机组额定制热量的100%
‑
200%之间，2台机组满载工作，优先满足系统需要，多余的热量蓄在蓄能水箱中。当水箱蓄满后，单台机组与蓄热水箱联合供热。
[0012]7冷水机组或热泵机组接受电网调度柔性用电的控制策略需要参考历史运行数据。通常情况下，每天的用能情况与上一天的用能情况比较接近，水源热泵采用的源水温度变化缓慢，这些是历史运行数据指导控制的有利条件。机组柔性用电的理想状态是可再生电力充足时，主机全部启动，供冷（热）的同时蓄冷（热）。当需要错峰让电时，由水箱单独供冷（热）。此时，水箱内剩余的蓄冷（热）量决定是否能够停机或小负荷运行。当蓄冷（热）量超过50%时，可以停机由蓄能水箱单独供能。介于25
‑
50%之间，此时系统的负荷大于单台本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.制冷和制热工况A、B、C三种不同场景的机组供冷（热）温度、蓄冷（热）温度设定。2.以综合能效最优值作为关注对象，每10分钟修正调整一次。3.制冷工况尽可能让机组工作在低负荷高COP的工况点，制热时采用工频热泵尽可能使其...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海军，林星春，顾蓉蓉，
申请(专利权)人：李海军，
类型：发明
国别省市：
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