别墅地源热泵变流量温差控制及能耗分析

随着水资源的枯竭，水源热泵空调系统的发展受到了限制。地源热泵空调系统越来越受青睐。对于地源热泵耗能主要是空调机组耗能和内/外循环泵耗能两个方面。随着空调机组控制的发展，机组能够蒸发器和冷凝器的进/出口水温和通过的水流量对压缩机进行多级卸载。这使得空调机组的能耗大大降低。对于两个水系统的循环泵来说，降低其能耗就是改变泵电机的转速，这会使泵的流量。由于空调机组蒸发器和冷凝器的流量已经允许在一定范围内变化，一般为设计流量的30％——130％。这使得泵变流量运行成为可能。

水泵变流量运行的特性分析一般采用泵的相似定律，即认为水泵流量Q，扬程H，功率P与转速N满足关系式

内循环流量功率关系： P=a+bQ+cQ2 （a =-8.49,b = -91.8,c = 1.04）

从以上关系可以看出，实际的空调系统不一定满足相似定律，要实现对空调系统两个水系统循环泵变流量控制，必须根据实际情况确定水泵流量Q，扬程H，功率P与转速N的关系。

对空调系统两个水系统循环泵进行变流量控制，是在一定的控制方式下实现的。常见的变流量控制方式有压差变流量控制，温差变流量控制，负荷变流量控制等。

压差变流量控制是用变频器改变泵的流量，保持空调系统供/回水干管或者最不利环路两侧压差的稳定。它是目前工程设计中应用最多的一种方案，从泵的运行特性出发，充分发挥水泵效率，采用这种控制方式下的空调系统运行稳定。

循环水泵扬程： HB ＝ S Q02 （3）

由于只考虑到系统的管网特性，为考虑系统的热力特性，不能反映系统负荷的变化，不能保证室内温/湿度要求，节能效果不明显。
对泵的要求很高，要求泵的性能曲线陡峭， 性能曲线平滑的效果不明显。
对于地源热泵空调系统，外循环管网阻抗变化不大，很难实现对外循环泵的压差变流量控制。因为随着水温度的上升或降低，系统的压力也会随着增大或减小，这使得控制变得扑朔迷离。找到一个符合系统管网特性的△H设定值较困难。

温差变流量控制是用变频器改变泵的流量，保持空调系统供/回水温差稳定。从空调系统热力特性出发，能保证室内温/湿度要求，能够反映系统负荷的变化，供/回水温差可达到4.5℃以上，节能效果明显，能够实现对内/外循环泵变流量控制，适用于地源热泵变流量控制。

Q ＝ Q0△T/0.86 （5）

温差变流量控制没有考虑系统管网特性，可能会造成系统运行不稳定。因而只适用于管网特性基本不变或变化不大的空调系统。由于机组本身具有根据负荷变化进行自动调节的功能，采用该控制方法会出现与机组控制不协调的现象，甚至会影响机组的正常工作。

负荷变流量控制是根据温度和流量传感器测出系统实际所需的负荷量，通过系统实际的负荷量决定水泵和冷水机组的运行台数。这种控制方式管路简单，系统运行稳定。

2.4 地源热泵空调系统变流量控制

3 地源热泵采用温差变流量控制对系统特性的影响

冬季内循环采用温差变流量控制，使分集水器温差控制在5℃ ，随着负荷的变化，内循环水流量与负荷成等比例变化。

机组冷凝器的传热特性，有经验公式可得：

式中，k一冷凝器的传热系数，m一常数， ω一冷冻水流速。

Q = k F &8710;t = m ω0.8 F &8710;t （7）

在同样空调负荷下，冷水定流量和变流量情况下，冷凝器的传热性能。假设负荷为Q，负荷率为δ，计算如下;

变流量：Qv = kv F &8710;t = mωv0.8 F &8710;t =m （δω）0.8 F &8710;t =δ0.8Q （9）

3.2 外循环采用温差变流量控制对系统特性的影响

蒸发器在变流量运行时的换热特性，同冷凝器的放热特性相似，变流量运行不会影响蒸发器的放热特性。但是地下埋管与土壤的换热量会随着外循环流量的减小而变小，这有利用土壤温度的恢复。

4.1 实际的空调系统不一定满足相似定律，要实现对空调系统两个水系统循环泵变流量控制，必须根据实际情况确定水泵流量Q，扬程H，功率P与转速N的关系。

4.3 地源热泵系统内/外循环泵内循环采用温差变流量控制，不会影响蒸发器和冷凝器的换热特性。

4.4 地源热泵系统内/外循环泵内循环采用温差变流量控制控制方式，适用于空调系统各支路负荷变化不大的建筑如办公楼，居民住宅楼等。