Керування тепловим насосом вода-вода CO2 для оптимальної ефективності

Науковці під керівництвом Університету науки і технологій Дунгуань, Китай, запропонували новий метод керування тепловим насосом типу «вода-вода», який використовує вуглекислий газ як холодоагент. Механізми оптимального керування (MC) і типового керування (TC) на основі моделі були протестовані на віртуальному тепловому насосі та покращили COE на 14,6%.

Джерело: ScienceDirectНемає ефективної стратегії оптимізації MC для теплових насосів типу вода-вода CO2, спрямованої на зменшення обчислювального навантаження. Таким чином, це дослідження спрямоване на розробку MC для покращення COP теплового насоса типу вода-вода CO2 шляхом визначення оптимальних змінних. «Модель системи була отримана з використанням великої кількості даних віртуального теплового насоса CO₂, і її надійність була перевірена перед подальшим моделюванням».»

Тепловий насос типу вода-вода CO2 складається з випарника (ET), приймача рідини (LR), внутрішнього теплообмінника (IHX), компресора (CM), газового охолоджувача (GC), розширювального клапана (EX) і двох рециркуляційних насосів (pm). TC використовує фіксовані задані значення та простий контур керування для регулювання конкретних параметрів без урахування оптимізації всієї системи.

Щоб розробити більш досконалий MC, команда створила віртуальний тепловий насос CO2 у MATLAB і REFPROP. Для моделювання системи та опису того, як тепловий насос реагує на зміни умов експлуатації, було використано 3969 випадків. Для перевірки системи була розроблена експериментальна установка, яка показала середню похибку 4,4% для температури на виході з газоохолоджувача та 7,4% для потужності компресора.

Науковці проаналізували термодинамічну поведінку компонентів системи та розробили алгоритм оптимізації для максимізації COE шляхом визначення оптимального тиску нагнітання та заданих значень температури води на виході з газоохолоджувача. Вони перевірили систему в трьох прикладах із моделями MC і TC.

У першому прикладі дослідники зафіксували температуру на вході суміші випарника на рівні 18°C, рандомізували температуру води на вході газоохолоджувача між 29°C і 35°C і змінювали цільову температуру на виході газоохолоджувача між 40°C і 48°C. COP MC був на 9,9% вищим, ніж у TC, із середнім COP 2,49 порівняно з 2,265 для TC.

У другому прикладі температура води на вході газоохолоджувача була зафіксована на рівні 32°C, температура суміші на вході у випарник становила від 17°C до 19°C, а цільова температура на виході газоохолоджувача змінювалася випадковим чином між 40°C і 48°C. Середній COP MC становив 2,482, що на 8% краще, ніж у TC із середнім COP 2,3.

У останньому дослідженні, де вхідна температура суміші випарника становила від 17°C до 19°C, температура води на вході газоохолоджувача становила від 29°C до 35°C, а температура води на виході з газоохолоджувача становила 40°C до 48°C, ефективність MC була покращена на 14,6%, із середнім COP 2,458 порівняно з 2.145 для ТК.

«Час обчислення системи за допомогою стратегії оптимізації MC скоротився на 42,2% до 47,1% порівняно зі звичайною стратегією оптимізації», — повідомила команда. "Ці результати вказують на те, що сформульована MC може ефективно підвищити енергоефективність теплових насосів вода-вода CO2. Розроблена мультиплексна стратегія оптимізації ефективно зменшує обчислювальні зусилля та дещо знижує середній COP. Таким чином, це дослідження містить вказівки щодо впровадження MC у теплових насосах вода-вода CO2, що допомагає покращити COP."

Вони представили свої результати в «Дослідження оптимальних підходів до керування тепловим насосом типу вода-вода CO2 для використання гарячої води для побутових потреб", яка нещодавно була опублікована в Case Studies in Thermal Engineering. Дослідження спільно провели вчені з Китайського технологічного університету Дунгуань, Гуандунського технологічного університету та Норвезького науково-технічного університету Норвегії.