空气源热泵最佳除霜控制点及除霜策略研究

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空气源热泵(ASHP)作为可再生能源技术之一,已在我国寒冷地区和夏热冬冷地区得到广泛应用。而ASHP机组在冬季运行中,因其采用的除霜控制策略无法判定最佳除霜时机,使得机组制热性能严重偏离ASHP机组最佳制热性能,甚至造成“误除霜”事故频发。  为了避免“误除霜”事故,实现机组准确、高效控霜,保证机组在最佳制热性能下运行,本课题对ASHP机组的最佳除霜控制点以及除霜控制策略进行了系统研究。首先,结合理论分析,建立ASHP机组结除霜过程性能评价体系,提出结除霜控制过程“名义制热量损失系数”和以该损失系数最小为标准的“最佳除霜控制点评价方法”。其次,通过现场测试探究典型工况下不同除霜控制点对机组运行性能影响,初步验证最佳除霜控制点的存在性。为确定结霜区域内ASHP机组全工况下的最佳除霜控制点,本课题建立了基于广义人工神经网络的“名义制热量损失系数”模型,通过模型预测全工况下机组采用不同除霜控制点的性能表现,确定最佳除霜控制点,进而开发“最佳除霜时间”和“最小名义制热量损失系数”的多元非线性回归模型。最后,基于最佳除霜控制点,开发最佳除霜控制策略(OPT),通过连续工况的单独测试以及相似结霜工况下与常规“温度-时间(TT)”除霜策略的对比实验,验证新型OPT除霜策略的准确性和优越性。  研究结果显示:本课题提出的“名义制热量损失系数”,同时考虑了结除霜过程和环境温度对机组性能的影响,综合衡量了机组相对于名义工况的制热性能损失程度,对于准确评价ASHP机组结除霜过程的运行性能有重要意义。基于该系数,通过现场实测证明了机组在同一结霜工况下存在最佳除霜控制点,不同结霜工况下,最佳除霜控制点表现不同,机组采用最佳除霜控制点,使得名义制热量损失系数最低,机组制热性能达到最高水平。本课题建立的“名义制热量损失系数”模型是研究ASHP机组最佳除霜控制点一种有效方法,通过模型预测得到的结霜区域机组全工况下的最佳性能表现,可为机组设计选型和“误除霜”事故评价提供一定研究基础。基于最佳除霜控制点,本课题所开发的新型OPT除霜策略,能够适应环境工况变化,实时调整最佳除霜时间,相比于常规TT除霜策略,机组制热性能损失可有效降低11.3%,平均能效比提高27.8%,实现准确、高效除霜,保证机组安全运行,为ASHP机组在不同地域中的应用和推广提供了可靠的技术保障。
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