既有海水源热泵空调系统在夏季设计工况下冷却水水温的优化分析__

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       摘  要  介绍了海水源热泵空调系统能耗的影响因素，建立了优化冷却水温度的数学计算模型，由此计算出冷却水最优温度点，并阐述了优化冷却水温度点的控制方法。
      关键词  海水源热泵系统  运行优化  最优冷却水温度
0  引言
      目前，海水源热泵空调系统在全球范围内已得到广泛的应用，在我国青岛也有使用该系统的工程建成并投入使用。根据海水的利用方式不同，海水源热泵系统可分为两大类，一类是海水直接进热泵机组的系统，这种系统适用于大型集中供热、供冷站，对热泵机组冷凝器的防腐蚀能力要求较高。另一类是海水通过板式换热器与冷却水进行热量交换而不直接进热泵的系统。目前国内投入使用的海水源热泵系统大都采用后一种方式[1]。
      一般情况下热泵机组在实际投入使用后，有90％以上的时间是在非设计工况下运行的。 此时，不但热泵机组的工作负荷与设计工况下的负荷有较大的偏离，而且由于海水温度的变化，热泵机组的工作点也与设计工作点有很大的不同。在非设计工况，全年各种不同的空调工况下冷却水的温度应该控制在某一特定范围，在这个范围内冷却水温度存在一个最优控制点使得整个空调系统的能耗最低。本文将探讨如何确定冷却水最优温度点，并且进一步阐述这个温度点如何控制。
1  冷却水的优化温度
       冷却水温度控制是整个水冷热泵空调系统优化的核心问题之一。对海水源热泵系统来说，板式换热器内海水流速升高则换热器换热系数增大，冷却水温度降低，热泵机组能效比COP值随冷却水温度的降低而提高，热泵能耗降低，但海水泵能耗升高。反之，海水流速降低板式换热器换热系数减小，冷却水温度升高，热泵机组COP随冷却水温度的升高而下降，热泵能耗增加，海水泵能耗减小[2]。如何确定一个最佳冷却水优化温度，使热泵系统的综合能耗最低，这对热泵系统的运行优化至关重要。
2  冷却水温度对热泵机组COP的影响
       为得出冷却水温度对热泵机组COP的影响，需建立热泵机组的数学模型。本文采用Gordon-Ng制冷机数学模型[3]，模型包含蒸发器出水温度、冷凝器进水温度、机组制冷量三个已定参数和 、 、 三个与热泵性能有关的待定系数。 
                                                     （2.1）
式中： ——蒸发器出水温度，K；
 ——冷凝器进水温度，K；
 ——制冷机组制冷量，kW；
 ——热泵机组能耗，kW。
把厂家提供的热泵参数代入（式2.1）可求得 、 、 三个系数。
由式（2.1）可以看出，在蒸发器出水温度 和热泵制冷量 为某一定值时，热泵机组功耗 与冷凝器进水温度 成一次线性关系。
               (2.2)
      
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