地源熱泵控制策略理論與系統(tǒng)實驗研究.pdf

1、近年來,由于能源短缺,國家鼓勵節(jié)能減排技術(shù)與清潔能源的發(fā)展,使一種經(jīng)濟環(huán)保、高效節(jié)能的新型空調(diào)技術(shù)——地源熱泵在我國迅速發(fā)展壯大起來。同時,許多學者也開始對地源熱泵進行了不斷深入的研究,主要集中在地下埋管換熱器(BHE)的傳熱模型和傳熱機理、過程參數(shù)的模擬、能源互補聯(lián)合應用以及工質(zhì)等研究上。然而,在地源熱泵的控制策略及優(yōu)化運行方法上較為欠缺。因此,本文將現(xiàn)代控制理論方法、非線性優(yōu)化方法與地源熱泵技術(shù)相結(jié)合,研究融合先進控制技術(shù)的地源熱泵

2、控制系統(tǒng),并對該系統(tǒng)的運行過程、節(jié)能效果等進行了全面的分析和研究。
　　本文以現(xiàn)代控制理論為基礎,提出了帶前饋的地源熱泵能量調(diào)節(jié)智能控制策略,并對該策略的實現(xiàn)方法進行了詳細的分析。采用機理分析與實驗相結(jié)合的方法,完整的建立了地源熱泵控制系統(tǒng)的仿真模型,并搭建了地源熱泵系統(tǒng)及智能控制系統(tǒng)實驗臺。在設定值變化、流量干擾、頻率放大系數(shù)突變條件下對地源熱泵供水溫度進行了控制仿真與實驗研究。結(jié)果表明:當設定值變化時,變速積分PID控制比模糊

3、控制的超調(diào)量大,調(diào)節(jié)時間更短,且模糊控制最終存在穩(wěn)態(tài)偏差;流量干擾下,加入前饋后兩種控制策略的控制性能都得到很大提高;當頻率放大系數(shù)變化時,模糊控制逐漸產(chǎn)生發(fā)散的非穩(wěn)定控制狀態(tài),而變速積分PID表現(xiàn)出了較好的魯棒性。
　　同常規(guī)控制系統(tǒng)的對照研究表明:在前饋-反饋的控制策略下,地源熱泵控制性能顯著提高?？照{(diào)末端存在較大的負荷波動時,系統(tǒng)的供水溫度波動幅度能夠保持在1.0℃以內(nèi)(常規(guī)控制為3.4℃),空調(diào)室內(nèi)平均溫度能夠保持在24.

4、4~25.9℃(常規(guī)控制為23.1~26.1℃)。因此,前饋-反饋的控制策略表現(xiàn)出了良好的抗干擾性與動態(tài)響應特性,控制輸出的穩(wěn)定性及響應迅速性遠超過常規(guī)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。
　　在負荷預測的基礎上,提出了地源熱泵與蓄能耦合系統(tǒng)的優(yōu)化運行控制方法,詳細分析了該方法的實現(xiàn)過程。根據(jù)本文建立的系統(tǒng)實驗臺,對該方法進行了實驗驗證。研究發(fā)現(xiàn):優(yōu)化運行控制的作用顯著,可以較明顯地降低運行成本,日運行費用的節(jié)省比例達到20％以上,運行效率顯著提高

5、(系統(tǒng)的COP由3.0提高至4.5左右),減少了運行能耗。
　　根據(jù)建立的實驗系統(tǒng),研究了地源熱泵的三種典型運行狀態(tài):地源與太陽能耦合運行模式、蓄能運行模式及獨立地源熱泵運行模式。在進行性能分析、環(huán)境影響、能源結(jié)構(gòu)、能分析與火用分析的基礎上,得出:(1)地源與太陽能耦合運行時,太陽能對提高熱泵系統(tǒng)效率的短期效果不明顯,主要作用在于保持系統(tǒng)長期運行的高效性及穩(wěn)定性;(2)水蓄能裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可直接影響分層效果,是影響蓄能過程綜合效率