專利名稱：一種地源換熱器取熱性能測試中恒定熱流的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地源熱泵換熱器取熱性能測試中恒定熱流的控制方法。
背景技術(shù)：
利用以地表土或水源作為冷/熱源的地源熱泵為建筑物進(jìn)行供熱制冷，已經(jīng)成為 近年來國內(nèi)外建筑節(jié)能的技術(shù)熱點(diǎn)。而地源換熱器的傳熱性能和運(yùn)行可靠性又是這類節(jié)能 技術(shù)成功與否的關(guān)鍵。由于地表的地質(zhì)構(gòu)成、水文特性、物理特性等方面參數(shù)各不相同，相 應(yīng)的傳熱性能就會隨之改變，因此在不同地區(qū)埋設(shè)的地源換熱器的傳熱性能就會不同。從 事地源換熱器設(shè)計，特別對大型工程來說，僅僅開展理論研究或?qū)嶒?yàn)室傳熱試驗(yàn)研究是不 夠的、不可靠的，因此美國等發(fā)達(dá)國家在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，把在施工現(xiàn)場進(jìn)行地源換熱 器的實(shí)地試驗(yàn)研究作為工程可行性研究和工程設(shè)計的前提條件。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366-2005中相 關(guān)規(guī)定，在做地源熱泵換熱器取熱性能測試中要求制冷功率應(yīng)保持恒定，如不能保持熱流 的恒定，會影響到地源熱泵換熱器傳熱性能測試的測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。在地源熱泵換熱器 取熱性能測試中，采用定頻壓縮機(jī)的熱泵機(jī)組制取冷水提供給土壤換熱器，以測試土壤換 熱器的換熱能力。地源熱泵換熱器取熱性能測試，是利用反算法推導(dǎo)出巖土熱物性參數(shù)， 其方法是從計算機(jī)中取出試驗(yàn)測試結(jié)果，將其與軟件模擬的結(jié)果進(jìn)行對比，使得方差和
/ =取得最小值時，通過傳熱模型調(diào)整后的熱物性參數(shù)即是所求結(jié)果。其中，
i=l
Tcala為第i時刻由模型計算出的埋管內(nèi)流體的平均溫度為第i時刻實(shí)際測量的埋管 中流體的平均溫度；N為試驗(yàn)測量的數(shù)據(jù)的組數(shù)。在定加熱功率的條件下τ時刻循環(huán)水平 均溫度，為Tf=Tff+qr Rb+-^--Erid^fA上式構(gòu)成了完整的埋管內(nèi)循環(huán)水與周圍巖土的換熱方程。式中有兩個未知參數(shù)， 周圍巖土導(dǎo)熱系數(shù)Xs和容積比熱容PsCs，利用該式可以求得上述兩個未知參數(shù)。從公式 中可以看出為了順利的完成測試要求，必須保證通過地下土壤換熱器的水熱流恒定。在實(shí) 際使用中，當(dāng)熱泵機(jī)組所處環(huán)境溫度即冷凝溫度改變，會使得熱泵機(jī)組制冷量發(fā)生變化，導(dǎo) 致供給地下?lián)Q熱器冷水的熱流發(fā)生變化，不能滿足地源熱泵換熱器取熱性能測試中所要求 的恒定熱流的條件。部分測試裝置中采用了變頻壓縮機(jī)，可以通過改變壓縮機(jī)壓縮量改變 制冷量，但是此方法成本高，控制復(fù)雜，精度不受人為控制，變化因素多，不能充分的達(dá)到恒 熱流的目的。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地源換熱器取熱性 能測試中恒定熱流的控制方法，通過對電加熱器功率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對地源換熱器取熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行恒定熱流控制，大大提高了控制的精度和控制品質(zhì)，可為工程設(shè)計提供可靠的依據(jù)。技術(shù)方案本發(fā)明所述的地源換熱器取熱性能測試中恒定熱流的控制方法，測試 中制取冷水的熱泵機(jī)組采用定頻壓縮機(jī)，使用可控硅控制器控制電加熱功率；根據(jù)熱泵進(jìn) 出口水水溫及流量計算出熱泵的制冷功率，與設(shè)定的地源熱泵土壤換熱器換熱量進(jìn)行比 較，當(dāng)熱泵的制冷功率與設(shè)定值不相等時，改變可控硅控制器輸出電流，改變電加熱器加熱 量，使得進(jìn)入土壤換熱器的冷水熱流恒定。具體包括如下步驟(1)根據(jù)位于熱泵機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)出口處的溫度傳感器、流量傳感器采集到的溫度 值和流量值計算出此時熱泵的制冷功率；
(2)根據(jù)地源熱泵換熱器實(shí)際情況估算出的該測試中換熱器的換熱量，與步驟 (1)計算出的熱泵機(jī)組制冷功率進(jìn)行比較，若兩者之間的相對誤差超過設(shè)定的數(shù)值，就改變 加熱器的換熱量；當(dāng)制冷功率偏小時，減小可控硅控制器的輸出電流一定的值；當(dāng)制冷功 率偏大時，增大可控硅控制器的輸出電流一定的值。(3)改變加熱器加熱功率后，返回第一步，繼續(xù)監(jiān)控?zé)岜脵C(jī)組制冷功率，當(dāng)超過一 定的時間步長后，達(dá)到電加熱器的制熱效果，此時若制冷量與換熱器換熱量的誤差仍然超 過誤差限，則繼續(xù)調(diào)節(jié)，若在調(diào)節(jié)一段時間后滿足誤差要求，保持電加熱功率，繼續(xù)測試。通過以上的控制方法，地源熱泵換熱器取熱性能測試中能夠基本上保持恒定熱流 的條件，從而達(dá)到測量土壤的熱物理性質(zhì)的目的。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1、本發(fā)明方法采用電加熱器和可控硅結(jié) 合熱泵調(diào)節(jié)制冷制熱功率，運(yùn)行安全可靠，調(diào)節(jié)方便，成本低廉，控制自動化，特別是針對測 試裝置采用的是定頻壓縮機(jī)，熱泵機(jī)組的制冷制熱功率不能及時改變的問題，采取本發(fā)明 方法完全可以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；2、本發(fā)明通過溫度傳感器采集換熱器進(jìn)出口水溫，根 據(jù)算法調(diào)節(jié)電加熱輸出功率，控制精度高，響應(yīng)速度快，相應(yīng)的控制程序可以結(jié)合到地源熱 泵換熱器傳熱性能測試程序中同時運(yùn)行，充分滿足地源熱泵換熱器傳熱性能測試中恒定熱 流的要求；3、本發(fā)明通過增加可控硅控制器控制，改變加熱器加熱電流，從而改變加熱器加 熱量，以抵消熱泵機(jī)組制冷功率的改變量，達(dá)到恒定熱流的控制目的；4、本發(fā)明針對地源熱 泵換熱器取熱性能測試中采用定頻壓縮機(jī)的熱泵機(jī)組進(jìn)行恒熱流控制，有功能完善，控制 準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，可以使得地源熱泵換熱器取熱性能測試能夠更好的保持在良好的 測試狀態(tài)，得到更加精確的測試數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明地源熱泵換熱器取熱性能測試恒熱流控制流程圖；圖2為本發(fā)明具體測試實(shí)例的土壤換熱器換熱量曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過一個最佳實(shí)施例，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā) 明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。本發(fā)明通過在定頻機(jī)組后增加可控硅控制器控制，改變加熱器加熱電流，從而改 變加熱器加熱量，以抵消熱泵機(jī)組制冷功率的改變量，達(dá)到恒定熱流的控制目的。這種方法雖然成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，但是控制范圍大，精度高，響應(yīng)快，自由度大，完全滿足地源熱泵 換熱器取熱性能測試的要求，使測試裝置的保持在良好的測試狀態(tài)，得到更加精確的測試 數(shù)據(jù)具體的的保持熱流恒定的控制方法包括以下步驟第一步根據(jù)位于熱泵機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)出口處的溫度傳感器、流量傳感器采集到的 溫度值和流量值計算出此時熱泵的制冷功率；第二步根據(jù)地源熱泵換熱器實(shí)際情況估算出的該測試中換熱器的換熱量，與第 一步計算出的熱泵機(jī)組制冷功率進(jìn)行比較，若兩者之間的相對誤差超過一定的數(shù)值(例如 5% )，就需要改變加熱器的換熱量；當(dāng)制冷功率偏小時，減小可控硅控制器的輸出電流一 定的值(大概為0. 5mA)，同理當(dāng)制冷功率偏大時，增大可控硅控制器的輸出電流一定的值 (大概為0. 5mA)。第三步改變加熱器加熱功率后，返回第一步，繼續(xù)監(jiān)控?zé)岜脵C(jī)組制冷量，當(dāng)超過 一定的時間步長后，達(dá)到電加熱器的制熱效果，此時若制冷量與換熱器換熱量的誤差仍然 超過誤差限，則繼續(xù)調(diào)節(jié)，若在調(diào)節(jié)一段時間后滿足誤差要求，保持電加熱功率，繼續(xù)測試。通過以上的控制策略，地源熱泵換熱器取熱性能測試中能夠基本上保持恒定熱流 的條件，從而達(dá)到測量土壤的熱物理性質(zhì)的目的。圖2給出了在使用本發(fā)明的地源熱泵換熱器取熱性能測試工程實(shí)例，表明在采用 本發(fā)明后地源熱泵換熱器取熱性能測試測試裝置能夠很好的完成恒定熱流的控制效果。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋 為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對 其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
一種地源換熱器取熱性能測試中恒定熱流的控制方法，其特征在于測試中制取冷水的熱泵機(jī)組采用定頻壓縮機(jī)，使用可控硅控制器控制電加熱功率；根據(jù)熱泵進(jìn)出口水水溫及流量計算出熱泵的制冷功率，與設(shè)定的地源熱泵土壤換熱器換熱量進(jìn)行比較，當(dāng)熱泵的制冷功率與設(shè)定值不相等時，改變可控硅控制器輸出電流，改變電加熱器加熱量，使得進(jìn)入土壤換熱器的冷水熱流恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源換熱器取熱性能測試中恒定熱流的控制方法，其特征在 于具體包括如下步驟(1)根據(jù)位于熱泵機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)出口處的溫度傳感器、流量傳感器采集到的溫度值和 流量值計算出此時熱泵的制冷功率；(2)根據(jù)地源熱泵換熱器實(shí)際情況估算出的該測試中換熱器的換熱量，與步驟(1)計 算出的熱泵機(jī)組制冷功率進(jìn)行比較，若兩者之間的相對誤差超過額定的數(shù)值，就改變加熱 器的換熱量；當(dāng)制冷功率偏小時，減小可控硅控制器的輸出電流一定的值；當(dāng)制冷功率偏 大時，增大可控硅控制器的輸出電流一定的值。(3)改變加熱器加熱功率后，返回第一步，繼續(xù)監(jiān)控?zé)岜脵C(jī)組制冷功率，當(dāng)超過一定的 時間步長后，達(dá)到電加熱器的制熱效果，此時若制冷量與換熱器換熱量的誤差仍然超過誤 差限，則繼續(xù)調(diào)節(jié)，若在調(diào)節(jié)一段時間后滿足誤差要求，保持電加熱功率，繼續(xù)測試。
全文摘要
本發(fā)明公開一種地源換熱器取熱性能測試中恒定熱流的控制方法，其特征在于測試中制取冷水的熱泵機(jī)組采用定頻壓縮機(jī)，使用可控硅控制器控制電加熱功率；根據(jù)熱泵進(jìn)出口水水溫及流量計算出熱泵的制冷功率，與設(shè)定的地源熱泵土壤換熱器換熱量進(jìn)行比較，當(dāng)熱泵的制冷功率與設(shè)定值不相等時，改變可控硅控制器輸出電流，改變電加熱器加熱量，使得進(jìn)入土壤換熱器的冷水熱流恒定。本發(fā)明通過溫度傳感器采集換熱器進(jìn)出口水溫，根據(jù)算法調(diào)節(jié)電加熱輸出功率，控制精度高，響應(yīng)速度快，相應(yīng)的控制程序可以結(jié)合到地源熱泵換熱器傳熱性能測試程序中同時運(yùn)行，充分滿足地源熱泵換熱器傳熱性能測試中恒定熱流的要求。
文檔編號G05B19/04GK101986221SQ20101055112
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者喬衛(wèi)來, 安二銘, 龐麗穎, 徐相梅, 朱晟, 陳九法, 陳軍偉, 高龍 申請人:東南大學(xué)