热泵
元件定义
该元件指热泵的设备设施,热泵是一种以电驱动,将低温热源的热能转移到高温热源的装置,从而达到制热和制冷的目的。以冬季取暖为例介绍热泵的工作原理:由压缩机排出的高温高压工质蒸汽,经换向阀后流入室内冷凝器,工质蒸汽冷凝时放出的潜热,将室内空气加热,达到室内取暖目的,冷凝后的液态工质,从反向流过节流装置进入蒸发器用,吸收外界热量而蒸发,蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入,完成制热循环。根据外界热源的不同,热泵可以分为空气源热泵,水源热泵,地源热泵等。对于不同的热泵,都是通过消耗电能提供热能,它们数学模型可由下式表示:
水力模型:
热力模型
制冷:
制热:
式中: 是进出口压差(),、 分别为流体进出口压力(), 是局部压降系数(), 是质量流量(), 是密度(), 是额定用电功率(),、 分别是制冷和供热时的性能系数,、 分别为工质的进出口比焓()。
元件说明
属性
CloudPSS 元件包含 统一的属性选项,其配置方法详见 参数卡 页面。
参数
设备参数
参数名 | 键值 (key) | 单位 | 备注 | 类型 | 描述 |
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生产厂商 | manufacturer | 生产厂商 | 文本 | 生产厂商 | |
设备型号 | equipType | 设备型号 | 文本 | 设备型号 | |
局部压降系数 | LocalPressureDropCoe | 局部压降系数 | 实数 | 局部压降系数 | |
功率因数 | PowerFactor | 功率因数 | 实数 | 功率因数,范围为 0-1,一般在 0.9-1 | |
设备工况 | OperateParam | 设备工况 | 表格 | 设备多挡位变工况运行参数,为表格,分别录入不同挡位的性能系数:COP , 制冷制热功率(制冷为负,制热为正):EnergySupply | |
制热最小供水温度 | MiniHeatOutletTemp | C | 制热最小供水温度 | 实数 | 制热最小供水温度,运行约束参数在计算时不生效,无意义 |
最制热大供水温度 | MaxHeatOutletTemp | C | 制热最大供水温度 | 实数 | 制热最大供水温度,运行约束参数在计算时不生效,无意义 |
制冷最小供水温度 | MiniCoolOutletTemp | C | 制冷最小供水温度 | 实数 | 制冷最小供水温度,运行约束参数在计算时不生效,无意义 |
制冷最大供水温度 | MaxCoolOutletTemp | C | 制冷最大供水温度 | 实数 | 制冷最大供水温度,运行约束参数在计算时不生效,无意义 |
基础参数
参数名 | 键值 (key) | 单位 | 备注 | 类型 | 描述 |
---|---|---|---|---|---|
元件名称 | CompName | 元件名称 | 文本 | 元件名称 | |
元件类型 | CompType | 选择元件类型 | 选择 | 选择交流元件时为交流电,选择直流元件时为直流电 | |
设备配置台数 | DeivceNumber | 台 | 设备配置台数 | 自然数 | 设备配置台数 |
待选设备类型 | DeviceSelection | 从设备库中选择设备类型 | 选择 | 选择数据管理模块录入的设备型号,将自动绑定为对应设备在数据管理模块中录入的厂家、产品型号、额定运行参数等。 |
仿真参数
在仿真参数中编辑设备的仿真边界条件,主要包含运行方式和运行策略曲线。
参数名 | 键值 (key) | 单位 | 备注 | 类型 | 描述 |
---|---|---|---|---|---|
出力模式 | SettingParaType | 选择运行模式 | 选择 | 在输入仿真运行策略前需要指定设备运行模式。有温度和功率两种模式。若选择温度模式,则设备出力根据系统计算得到。若选择功率模式,设备出力为用户指定功率,进出口温度根据热功率和流量计算得到。 | |
温度模式运行策略 | OutletTemp | 配置设备在不同时刻的运行温度 | 表格 | 仅当出力模式项为温度模式时生效,在表格中录入各个时间段对应的出口温度。 开始时间对应每个仿真时刻,供水温度为设备出口温度。 | |
功率模式运行策略 | EnergySupply | 配置设备在不同时刻的功率 | 表格 | 仅当出力模式项为功率模式时生效,在表格中录入各个时间段对应的设备运行策略。 开始时间对应每个仿真时刻,设备启停运行策略为设备运行挡位和运行台数的组合,注意设备运行总台数不能超过设备配置台数。 |
优化参数
在优化参数中编辑优化条件。
参数名 | 键值 (key) | 单位 | 备注 | 类型 | 描述 |
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是否优化该设备 | OptimizationChoice | 是否元件的运行方式进行优化 | 选择 | 选择是,则设备的运行策略由系统优化得到,不读取仿真参数中设置的运行模式和运行策略;选择否,则系统按照仿真参数的运行模式和运行策略运行。 |
引脚
引脚用于将元件与其他电设备连接,支持线连接和信号名的连接方式。
引脚的名称、键值、维度、定义描述的详细说明如下表所示。
引脚名 | 键值 (key) | 维度 | 描述 |
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电接口 | DC/AC | 1×1 | 可以在引脚处输入相同的字符使得元件与其他电元件相连,当基础参数元件类型项是直流元件时,键值为 DC;元件类型项是交流元件时,键值为 AC。 |
水入口 | WaterInlet | 1×1 | 可以在引脚处输入相同的字符使得设备与其他电元件相连 |
水出口 | WaterOutlet | 1×1 | 可以在引脚处输入相同的字符使得设备与其他电元件相连 |
常见问题
- 元件模型是否具有代表性?
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IESLab 平台的设备主要关注能量流的变化和转换过程,主要建立能量转换的通用简化模型。暂未按照其子特征建立详细的子类模型。空气源热泵,水源热泵,地源热泵等不同类型的热泵,都是通过消耗电能提供热能,均可以使用该通用模型。
- 能否优化模型,提升精度?
- 有提升模型精度的计划,建立热泵的 COP(Coefficient of Performance,性能系数)与冷却水温度、冷冻水温度、环境温度、负载率等参数的关系模型。
- 热泵能否同时供冷和供热?
- 不可以,热泵虽然能够制冷和制热,但一个设备在同一时刻只能选择一项功能,但如果配置了多台热泵,不同热泵的供能模式可以不同。平台通过数值正负识别制冷还是制热。
- 设备的串并联模式有何不同?
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- 当设备配置多台时,默认为并联,所有设备型号相同,各支路局部阻力均相同,局部压降相同,各支路流量相同。
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- 当不同设备并联时,各支路局部压降相同,总流量为各支路流量之和。
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- 当不同设备串联时,各支路流量相同,总局部压降为各设备段的局部压降之和。
- 热泵的交直流元件有什么区别?
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选择交流时为交流电,选择直流时为直流电在能量流计算过程中均 为 PQ 节点。
注意,交流元件和直流元件不能直接相连。
- 热泵元件在建模仿真平台使用时需要配置哪些元件参数?数据管理模块需要配置哪些数据?
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在对热泵元件进行仿真模拟前,务必录入编辑元件的基础参数和仿真参数;
在数据管理模块需要配置热泵的额定运行参数。并在基础参数中绑定数据管理模块的热泵。
- 热泵元件的运行方式有哪几种配置方式?
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共有 3 种,其中仿真 2 种,运行优化 1 种模式。
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仿真:供水温度模式
用户已知热泵机组的冷水出口温度时,运行模式设置为供水温度,同时优化参数选择“否,使用仿真策略”。
此时,热泵机组制冷制热功率由进出口温度、流量等参数计算得到,设备制冷还是制热,由下游需求决定。特别注意:设备运行在温度模式时,设备出力完全由系统计算得到,不受设备配置台数和设备挡位等限制
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仿真:功率模式
用户已知热泵机组供冷功率时,运行模式设置为制冷制热功率,同时优化参数选择“否,使用仿真策略”。
此时,热泵机组的进出口温度根据制冷功率和流量等参数计算得到。特别注意:设备运行在功率模式时,设备出力根据运行策略计算得到,受设备配置台数和设备挡位等限制,设备启停运行策略中,设备运行台数超过配置台数之后的策略无效。
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运行优化
此时热泵元件的出力由系统优化计算得到,但 是不读取仿真参数,需要将优化参数的是否优化该设备项设置为是即可。
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- 温度和功率策略的开始时刻必须和仿真时刻一致吗?
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建议保持一致。若运行策略的开始时刻与仿真时刻不一致,平台会自动采用插值和外推算法填充。 特别注意:对于运行策略,在仿真时刻之外的时间段策略,为前平推和后平推,即,策略之前的数值始终为策略的第一个值,策略之后的数值始终为策略里最后一个值。