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        低溫空氣源熱泵雙電子膨脹閥控制策略研究

        2018-10-30 08:40:06竇秀華魏忠鑫張偉東吳衛(wèi)平張偉

        竇秀華 魏忠鑫 張偉東 吳衛(wèi)平 張偉

        山東阿爾普爾節(jié)能裝備有限公司

        2011 年北方城鎮(zhèn)供暖能耗達(dá)到1.66億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占建筑總能耗的24%[1],通過(guò)對(duì)北京霧霾污染物初始排放源進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)18.7%的污染物來(lái)源于供暖燃煤[2],為了治理大氣污染,2013 年國(guó)務(wù)院發(fā)布了“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”,要求通過(guò)集中供熱和清潔能源替代,全面淘汰工業(yè)燃煤小鍋爐[3]。提高能源利用效率,要求能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。能源利用效率提高,鼓勵(lì)各種節(jié)能設(shè)備和技術(shù)的推廣,未來(lái)幾年,空氣源熱泵市場(chǎng)將得到飛速發(fā)展,由于空氣源熱泵技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚屬新興技術(shù),且受到低溫環(huán)境下的熱轉(zhuǎn)換效率低這一技術(shù)瓶頸的制約,因此亟需這方面的深入研究[4-6]。本文提出一種采用雙電子膨脹閥控制主回路以及補(bǔ)焓回路節(jié)流量的控制方法,該方法主回路采用排氣過(guò)熱度控制,補(bǔ)焓回路采用經(jīng)濟(jì)器過(guò)熱度控制,再經(jīng)過(guò)兩者協(xié)同控制,達(dá)到整個(gè)熱泵系統(tǒng)在低環(huán)境溫度下性能最優(yōu)。

        1 超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)原理

        圖1超低溫空氣源熱泵系統(tǒng)原理。壓縮機(jī)吸入一定過(guò)熱度的低壓氣體制冷劑進(jìn)行壓縮成高壓氣體由排氣口經(jīng)四通閥流至換熱器1與用戶使用側(cè)返回的低溫循環(huán)水進(jìn)行熱交換加熱循環(huán)水。放出熱量后產(chǎn)生相變后的制冷劑,經(jīng)流至高壓儲(chǔ)液器后分出兩路:輔路經(jīng)電子膨脹閥2節(jié)流降壓后在經(jīng)濟(jì)器內(nèi)與主路制冷劑進(jìn)行換熱,吸收主路內(nèi)制冷劑熱量后流至壓機(jī)吸器口2。主路內(nèi)的制冷劑在經(jīng)濟(jì)器中被冷卻后經(jīng)電子膨脹閥1節(jié)流降壓然后流至冷凝器。制冷劑通過(guò)冷凝器與外界空氣進(jìn)行強(qiáng)制熱交換吸收外界熱量后,再流經(jīng)四通閥、氣液分離器后回到壓機(jī)吸氣口1完成一次制熱循環(huán)。

        圖1 超低溫空氣源熱泵系統(tǒng)原理

        2 主路電子膨脹閥1控制方法

        壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)t時(shí)間內(nèi),閥初始開(kāi)度按照表1進(jìn)行。

        表1 前三分鐘不同環(huán)境對(duì)應(yīng)的初始閥開(kāi)度

        壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)t時(shí)間后進(jìn)入正常調(diào)閥階段,當(dāng)前室外環(huán)境溫度下的過(guò)熱度偏差Δt1如表2所示。

        表2 不同環(huán)境溫度下偏差值

        開(kāi)關(guān)閥的速度按照表3進(jìn)行。

        表3 不同過(guò)熱度值開(kāi)關(guān)閥的速度

        3 補(bǔ)焓回路電子膨脹閥2控制方法

        當(dāng)Dn>Dn2時(shí)

        當(dāng)Dn<Dn1時(shí)

        當(dāng)Dn1≤Dn≤Dn2時(shí),保持上一次。

        表4為不同室外環(huán)境溫度下的過(guò)熱度設(shè)定值。

        表4 不同室外環(huán)境溫度下的過(guò)熱度設(shè)定值

        4 協(xié)同控制方法

        通過(guò)不同環(huán)境溫度下主閥與補(bǔ)焓閥的上下限值,來(lái)達(dá)到兩者之間的協(xié)同控制。表5為不同室外環(huán)境溫度下主閥、補(bǔ)焓閥的上下限值。

        表5 不同室外環(huán)境溫度下主閥、補(bǔ)焓閥的上下限值

        5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        5.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

        阿爾普爾5P超低溫空氣源熱泵機(jī)組。

        5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

        阿爾普爾10P 超低溫實(shí)驗(yàn)室(合肥通用機(jī)械研究所2016年建成,實(shí)驗(yàn)室工況最低到-30 ℃)。

        本試驗(yàn)裝置,可以準(zhǔn)確測(cè)量低溫空氣源熱泵(冷水)機(jī)組、空氣源熱泵熱水機(jī)、風(fēng)冷冷熱水機(jī)組的制冷(熱)量、耗功、COP等技術(shù)數(shù)據(jù),設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)采用可編程序控制器,直觀性和可靠性都有了非??煽康谋WC。測(cè)量值由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理并存檔,自動(dòng)打印試驗(yàn)報(bào)告,并可分析試驗(yàn)結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)。

        5.3 主要測(cè)試精度

        名義工況時(shí)制熱量重復(fù)性誤差(一次性裝機(jī))≤2%。表6為主要設(shè)備及測(cè)試精度。

        表6 主要設(shè)備及測(cè)試精度

        5.4 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

        GB/T 25127.2-2010 《低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組》 第 2部分:戶用及類似用途熱泵(冷水)機(jī)組。

        5.5 測(cè)試工況

        表7為測(cè)試工況。

        表7 測(cè)試工況

        5.6 測(cè)試方法

        空氣側(cè)提供工況條件,水側(cè)采用水側(cè)量熱計(jì)法。

        將機(jī)組調(diào)節(jié)與最大制熱量位置,在表7規(guī)定的熱泵名工況下,按照 GB/T25127.2-2010 要求,測(cè)定制熱量QN及消耗功率Q0。

        式中:C OP為名義工況能效系數(shù)。

        使用行業(yè)當(dāng)前通用的電子膨脹閥依據(jù)不同環(huán)溫固定開(kāi)度的方式,-12℃名義制熱量 8.5 kW,能效系數(shù)2.2。

        使用本文控制算法,實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果為,-12 ℃名義制熱量為9.2 kW,能效系數(shù)2.52。

        其中本文控制算法室外環(huán)境溫度-12 ℃時(shí)參數(shù)選擇如下(參數(shù)選取依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果多次整定):

        1)Δt1為40 K。

        2)ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4、ΔT5、ΔT6、ΔT7、ΔT8、ΔT9依 次為0 ℃、5 ℃、8 ℃、12 ℃、15 ℃、-15 ℃、-12 ℃、-8 ℃、-5 ℃。

        3)ΔK1、ΔK2、ΔK3、ΔK4、ΔK5、ΔK6、ΔK7、ΔK8依次為10 步、20 步、30 步、40步、30 步、20步、10 步、5步。

        4)t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8依 次 為60 s、90 s、120 s、120 s、120 s、90 s、120 s、90 s、60 s。

        5)Dn1為2,Dn2為5.5,Ds為5。

        6)Kzs為200,Kzx為60,Kfs為450,Kfx為50。

        從實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表8)可以得出,本文控制算法的有效性及可行性。

        在課程設(shè)置上,現(xiàn)有的會(huì)計(jì)學(xué)本科生課程偏重財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí),對(duì)管理會(huì)計(jì)教學(xué)重視不足。學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)往往把大量精力放在基礎(chǔ)會(huì)計(jì)、中級(jí)財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)等課程上,只著眼于各類科目規(guī)定、計(jì)量方式、會(huì)計(jì)分錄、記賬對(duì)賬等基礎(chǔ)核算內(nèi)容,而這些恰巧是在以后實(shí)際工作中容易被人工智能替代的內(nèi)容。相反,作為以后會(huì)計(jì)發(fā)展大方向的管理會(huì)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)有關(guān)內(nèi)容卻沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。

        表8 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

        6 結(jié)論

        長(zhǎng)期以來(lái),如何解決低環(huán)境溫度下熱泵制熱能效衰減問(wèn)題是困擾研究者的難題。本文通過(guò)提出一種采用雙電子膨脹閥控制主回路以及補(bǔ)焓回路節(jié)流量的控制方法來(lái)解決這方面的矛盾,實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明了該方法的有效性及可行性。

        符號(hào)表:

        Ta———當(dāng)前室外環(huán)境溫度值,℃;

        T1、T2、T3、T4、T5———環(huán) 境溫度設(shè)定值,℃;

        K1、K2、K3、K4、K5、K6———不同室外環(huán)境溫度下的閥初始開(kāi)度設(shè)定值,步;

        t———壓縮機(jī)初始運(yùn)行時(shí)間設(shè)定值,s;

        Δt1———當(dāng)前室外環(huán)境溫度下的過(guò)熱度偏差,K;

        Δt2———當(dāng)前室外環(huán)境溫度下的實(shí)際排氣過(guò)熱度,K;

        Δt11、Δt12、Δt13、Δt14、Δt15、Δt16———不同環(huán)境溫度下的過(guò)熱度偏差設(shè)定值,K;

        ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4、ΔT5、ΔT6、ΔT7、ΔT8、ΔT9———不同的排氣過(guò)熱度設(shè)定值,K;

        ΔK1、ΔK2、ΔK3、ΔK4、ΔK5、ΔK6、ΔK7、ΔK8———不同閥開(kāi)度變化量設(shè)定值,步;

        t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8———不同的時(shí)間段設(shè)定值,s;

        Tp———實(shí)測(cè)排氣溫度,℃;

        C———出水溫度,℃;

        Sp———實(shí)測(cè)排氣溫度,℃;

        Kn———電子膨脹閥實(shí)際開(kāi)度,步;

        Kn-1———電子膨脹閥上一次的開(kāi)度,步;

        Kp———輔膨脹閥過(guò)熱度比例系數(shù),默認(rèn)值為2

        KD———輔膨脹閥過(guò)熱度微分系數(shù),默認(rèn)值為1

        Dn———實(shí)際目標(biāo)過(guò)熱度(經(jīng)濟(jì)器出口溫度-經(jīng)濟(jì)器進(jìn)口溫度),K;

        Ds———不同環(huán)境溫度下設(shè)置的目標(biāo)過(guò)熱度,K;

        Kzs———主電子膨脹閥上限值設(shè)定值,步;

        Kzx———主 電子膨脹閥下限值設(shè)定值,步;

        Kfs———補(bǔ)焓電子膨脹閥上限值設(shè)定值,步;

        Kfx———補(bǔ)焓電子膨脹閥下限值設(shè)定值,步;

        Kzs1、Kzs2、Kzs3、Kzs4、Kzs5、Kzs6———不同室外環(huán)境溫度下主電子膨脹閥上限值設(shè)定值,步;

        Kzx1、Kzx2、Kzx3、Kzx4、Kzx5、Kzx6———不同室外環(huán)境溫度下主電子膨脹閥下限值設(shè)定值,步;

        Kfs1、Kfs2、Kfs3、Kfs4、Kfs5、Kfs6———不同室外環(huán)境溫度下補(bǔ)焓電子膨脹閥上限值設(shè)定值,步;

        Kfx1、Kfx2、Kfx3、Kfx4、Kfx5、Kfx6———不同室外環(huán)境溫度下補(bǔ)焓電子膨脹閥下限值設(shè)定值,步 。

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