跳到主要内容

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：

Δp=pin−pout=k⋅m⋅∣m∣/ρ2{\Delta}p = p_{in} - p_{out} = k \cdot m \cdot |m| / \rho^{2}

热力模型
制冷：

P⋅copcool=m(hin−hout)P \cdot {cop}_{cool} = m(h_{in}-h_{out})

制热：

P∗copheat=m(hout−hin)P*{cop}_{heat} = m(h_{out}-h_{in})

式中：Δp{\Delta}p 是进出口压差（kPa\mathrm{kPa}），pinp_{in}、poutp_{out} 分别为流体进出口压力（kPa\mathrm{kPa}），kk 是局部压降系数（kPa/(m3⋅s−1)2\mathrm{kPa/(m^3 \cdot s^{-1})^2}）, mm 是质量流量（kg/s\mathrm{kg/s}），ρ\rho 是密度（kg/m3\mathrm{kg/m^3}），PP 是额定用电功率（kW\mathrm{kW}），copcool{cop}_{cool}、copheat{cop}_{heat} 分别是制冷和供热时的性能系数，hinh_{in}、houth_{out} 分别为工质的进出口比焓（kJ/kg\mathrm{kJ/kg}）。

热泵
热泵

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
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LocalPressureDropCoekPa/(m3⋅s−1)2\mathrm{kPa/(m^3 \cdot s^{-1})^2}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∘^{\circ}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∘^{\circ}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∘^{\circ}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∘^{\circ}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，的厂家、产品型号、额定运行参数自动绑定为对应设备在数据管理模块中录入的参数。

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
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
电接口DC/AC1×1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WaterInlet1×1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WaterOutlet1×1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？

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？
  1. 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。
  1. 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。
  1. 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？

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？

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？

共有 3 种，其中仿真 2 种，运行优化 1 种模式。

  1. 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

  1. 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。

  1. 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。

温度和功率策略的开始时刻必须和仿真时刻一致吗？

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。