[发明专利]一种地源热泵系统变频水泵节能计算方法

说明书

本发明涉及一种地源热泵系统变频水泵节能计算方法，包括如下步骤：步骤1：通过建立典型建筑的负荷模型模拟建筑的全年动态冷热负荷，对供冷供暖季的动态负荷分别按照不同的负荷率区间进行划分；步骤2：根据不同的地源侧水泵运行方式，计算动态负荷下相应的水泵和主机机组的能耗；步骤3：将各个负荷率下的能耗叠加，获得季节总能耗；步骤4：通过比较不同地源侧水泵运行方式下的季节总能耗，得到最佳的节能设计方式。本发明具有的效果：在目前工程设计中已普遍使用的全年逐时负荷计算基础上，建立设备模型，通过简单的公式计算预测主机和水泵的能耗，分析变流量的节能效果，简单易操作，数据也较为精准。

技术领域

本发明涉及地源热泵的技术领域，尤其是涉及一种地源热泵系统变频水泵节能计算方法。

背景技术

地源热泵系统通过地埋管换热器与浅层土壤换热，从周围的土壤提取或释放热量，实现建筑制冷与供暖。由于土壤温度基本恒定在年平均气温左右，利用地埋管换热器与土壤换热，地源热泵机组的性能系数较高。地源热泵系统在我国已经广泛应用，近年也开始在部分区域供冷供热能源站项目中实施。

通常空调系统中，循环水泵的装机功率明显低于制冷主机的装机功率，但在实际使用中，水泵的全年能耗占比却较高。根据ASHRAE一项调查，常规空调系统水泵能耗占系统总能耗(包括主机能耗和水泵能耗)的15％～48％。在一项专门对地源热泵系统的研究中，水泵能耗占系统总能耗的45％；而在另一项关于集中式地源热泵系统的研究中，水泵的全年能耗是热泵主机的32％～130％。对比常规的空调系统，地源热泵系统的地源侧管路，即地埋管换热器和连接管管路，管程长，流动阻力大，循环水泵的功率大。由此可见，水泵的运行控制对集中式地源热泵系统总能耗影响非常大。

建筑供冷供热需求具有逐时变化的特征，空调系统全年大部分时间都是在部分负荷下运行。在常规的集中空调系统中，用户侧冷冻水系统循环泵变流量运行是常见节能手段，但对源侧的冷却水系统变流量问题一直还存在一些争议和不同的观点。而对于地源热泵系统，相关规范则明确提出了地源侧的循环水系统“宜采用变流量设计”。但对变流量方式，运行策略等实施细节，规范没有具体规定或建议。

变流量运行可实现水泵的节能，同时会对地源热泵系统中其他部分带来不利影响：循环流量降低使地埋管换热器的流速降低，将会减少地埋管换热量；地源侧流量降低使热泵主机入口温度变化，降低了主机能效。因此地源侧水系统的变流量技术比较复杂，需要整体考虑水泵、地埋管换热器和热泵主机性能。

对于地源热泵系统地源侧水循环变流量技术，已有一些研究并提出了一些计算方法，例如：基于负荷BIN统计数据的计算方法；又如，采用TRNSYS软件模拟计算逐时系统能耗。已有的这些计算方法，或者采用系统整体耦合模拟的复杂算法，或者采用仅考虑单个设备的粗略模型。整体耦合模拟方法在工程中使用过于复杂；仅考虑单个设备水泵的粗略模型误差较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种地源热泵系统变频水泵节能计算方法，在目前工程设计中已普遍使用的全年逐时负荷计算基础上，建立设备模型，通过简单的公式计算预测主机和水泵的能耗，分析变流量的节能效果，简单易操作，数据也较为精准。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种地源热泵系统变频水泵节能计算方法，包括如下步骤：

步骤1：通过建立典型建筑的负荷模型模拟建筑的全年动态冷热负荷，对供冷供暖季的动态负荷分别按照不同的负荷率区间进行划分；

步骤2：根据不同的地源侧水泵运行方式，计算动态负荷下相应的水泵和主机机组的能耗；

步骤3：将各个负荷率下的能耗叠加，获得季节总能耗；

步骤4：通过比较不同地源侧水泵运行方式下的季节总能耗，得到最佳的节能设计方式；

其中步骤3的季节总能耗计算公式为：