別墅地源熱泵變流量溫差控制及能耗分析
地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于家用型建筑的制冷采暖系統(tǒng)當(dāng)中，中央空調(diào)系統(tǒng)的控制主要通過三種方式，分別為壓差控制，溫差控制和符合控制，下面結(jié)合一個(gè)實(shí)際的工程，來(lái)為大家講解地源熱泵中央空調(diào)采用溫差控制方式系統(tǒng)運(yùn)行的一些特性。
隨著水資源的枯竭，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展受到了限制。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)越來(lái)越受青睞。對(duì)于地源熱泵耗能主要是空調(diào)機(jī)組耗能和內(nèi)/外循環(huán)泵耗能兩個(gè)方面。隨著空調(diào)機(jī)組控制的發(fā)展，機(jī)組能夠蒸發(fā)器和冷凝器的進(jìn)/出口水溫和通過的水流量對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行多級(jí)卸載。這使得空調(diào)機(jī)組的能耗大大降低。對(duì)于兩個(gè)水系統(tǒng)的循環(huán)泵來(lái)說(shuō)，降低其能耗就是改變泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這會(huì)使泵的流量。由于空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)器和冷凝器的流量已經(jīng)允許在一定范圍內(nèi)變化，一般為設(shè)計(jì)流量的30％——130％。這使得泵變流量運(yùn)行成為可能。
1 水泵變流量能耗分析
水泵變流量運(yùn)行的特性分析一般采用泵的相似定律，即認(rèn)為水泵流量Q，揚(yáng)程H，功率P與轉(zhuǎn)速N滿足關(guān)系式
采用這三個(gè)公式對(duì)水泵性能分析只有在相似工況點(diǎn)上才成立，實(shí)際情況下水泵變流量時(shí)不是在相似工況點(diǎn)下運(yùn)行的，如果用這三個(gè)公式分析得出的結(jié)果會(huì)偏離實(shí)際的能耗。見圖（1）（2）是某空調(diào)系統(tǒng)兩個(gè)水系統(tǒng)循環(huán)泵的功率流量曲線。
內(nèi)循環(huán)流量功率關(guān)系： P=a+bQ+cQ2 （a =-8.49,b = -91.8,c = 1.04）
外循環(huán)流量功率關(guān)系： P=a+bQ+cQ2+dQ3（a = 187.5,b = -166.9,c=1.71,d=-0.0023）
從以上關(guān)系可以看出，實(shí)際的空調(diào)系統(tǒng)不一定滿足相似定律，要實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)兩個(gè)水系統(tǒng)循環(huán)泵變流量控制，必須根據(jù)實(shí)際情況確定水泵流量Q，揚(yáng)程H，功率P與轉(zhuǎn)速N的關(guān)系。
2 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)變流量控制方式比較
對(duì)空調(diào)系統(tǒng)兩個(gè)水系統(tǒng)循環(huán)泵進(jìn)行變流量控制，是在一定的控制方式下實(shí)現(xiàn)的。常見的變流量控制方式有壓差變流量控制，溫差變流量控制，負(fù)荷變流量控制等。
2.1 壓差變流量控制
壓差變流量控制是用變頻器改變泵的流量，保持空調(diào)系統(tǒng)供/回水干管或者最不利環(huán)路兩側(cè)壓差的穩(wěn)定。它是目前工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用最多的一種方案，從泵的運(yùn)行特性出發(fā)，充分發(fā)揮水泵效率，采用這種控制方式下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
由于只考慮到系統(tǒng)的管網(wǎng)特性，為考慮系統(tǒng)的熱力特性，不能反映系統(tǒng)負(fù)荷的變化，不能保證室內(nèi)溫/濕度要求，節(jié)能效果不明顯。 對(duì)泵的要求很高，要求泵的性能曲線陡峭， 性能曲線平滑的效果不明顯。 對(duì)于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，外循環(huán)管網(wǎng)阻抗變化不大，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)外循環(huán)泵的壓差變流量控制。因?yàn)殡S著水溫度的上升或降低，系統(tǒng)的壓力也會(huì)隨著增大或減小，這使得控制變得撲朔迷離。找到一個(gè)符合系統(tǒng)管網(wǎng)特性的△H設(shè)定值較困難。
2.2 溫差變流量控制
溫差變流量控制是用變頻器改變泵的流量，保持空調(diào)系統(tǒng)供/回水溫差穩(wěn)定。從空調(diào)系統(tǒng)熱力特性出發(fā)，能保證室內(nèi)溫/濕度要求，能夠反映系統(tǒng)負(fù)荷的變化，供/回水溫差可達(dá)到4.5℃以上，節(jié)能效果明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)內(nèi)/外循環(huán)泵變流量控制，適用于地源熱泵變流量控制。
溫差變流量控制沒有考慮系統(tǒng)管網(wǎng)特性，可能會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。因而只適用于管網(wǎng)特性基本不變或變化不大的空調(diào)系統(tǒng)。由于機(jī)組本身具有根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，采用該控制方法會(huì)出現(xiàn)與機(jī)組控制不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，甚至?xí)绊憴C(jī)組的正常工作。
2.3 負(fù)荷變流量控制
負(fù)荷變流量控制是根據(jù)溫度和流量傳感器測(cè)出系統(tǒng)實(shí)際所需的負(fù)荷量，通過系統(tǒng)實(shí)際的負(fù)荷量決定水泵和冷水機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。這種控制方式管路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
負(fù)荷變流量控制是對(duì)泵和機(jī)組的臺(tái)數(shù)控制，節(jié)能效果不明顯，而且對(duì)機(jī)組臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制不容易實(shí)現(xiàn)。由于是對(duì)負(fù)荷總量的控制不能保證室內(nèi)溫濕度要求。
2.4 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)變流量控制
通過對(duì)壓差變流量控制，溫差變流量控制，負(fù)荷變流量控制分析可以看出，壓差變流量控制節(jié)能效果不明顯，控制不容易實(shí)現(xiàn)。負(fù)荷變流量控制節(jié)能效果很差，不能滿足室內(nèi)溫濕度要求。溫差變流量控制節(jié)能效果明顯，容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)系統(tǒng)管網(wǎng)特性有一定的要求。對(duì)于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用溫差變流量控制能夠?qū)蓚€(gè)水系統(tǒng)循環(huán)泵進(jìn)行變流量控制，特別是對(duì)于外循環(huán)泵，由于外循環(huán)管網(wǎng)特性基本穩(wěn)定，S（管網(wǎng)阻抗）基本不變，采用溫差變流量控制方式效果更明顯。
3 地源熱泵采用溫差變流量控制對(duì)系統(tǒng)特性的影響
3.1 內(nèi)循環(huán)采用溫差變流量控制對(duì)系統(tǒng)特性的影響
冬季內(nèi)循環(huán)采用溫差變流量控制，使分集水器溫差控制在5℃ ，隨著負(fù)荷的變化，內(nèi)循環(huán)水流量與負(fù)荷成等比例變化。
從運(yùn)行費(fèi)用來(lái)說(shuō)，冷凝溫度越低，制冷系數(shù)越大，壓縮機(jī)單位制冷量的耗功率越小。例如，某一型號(hào)的冷水機(jī)組，當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時(shí)，冷凝溫度每降低1℃，壓縮機(jī)單位制冷量的耗功率約減小2%。內(nèi)循環(huán)水分/集水器定溫差運(yùn)行時(shí)，可以減小內(nèi)循環(huán)水泵的運(yùn)行費(fèi)用。然而，為了保證冷凝器內(nèi)的熱交換，冷凝溫度必然要高于內(nèi)循環(huán)水的出口溫度，并且冷凝溫度與內(nèi)循環(huán)出口溫度也要求有一低限，所以，加大冷凍水的進(jìn)出口溫差，減少了內(nèi)循環(huán)水泵的功耗，就必須提高冷卻水出口溫度（通常冷卻水進(jìn)日溫度基本上是定值），這又將引起冷凝溫度的增加，降低了熱泵機(jī)組的COP值，可以看出熱泵機(jī)組隨著負(fù)荷率的降低略有降低，但變化不大。