一种空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法与流程

本发明涉及一种供热系统优化运行控制方法，尤其涉及空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法。

背景技术：

1、现有研究表明在寒冷地区，由于空气源热泵存在结霜问题，在室外温度较低时，作为单独热源使用供热效果不尽人意，以空气源热泵为基础热源、燃气采暖热水炉作为调峰热源的双能源耦合供热系统将成为我国北方地区供热热源系统的新兴形式，此系统可以充分发挥大部分工况下热泵节能减排的优势，也能利用燃气采暖热水炉来保障热泵在恶劣工况运行时的系统整体供暖效果。

2、优化运行控制技术是多热源耦合供热系统中实际应用中的关键技术之一，对降低运行费用、节约能源、提高系统能效起到重要作用。由于多能源耦合供热系统包含多种能源形式，存在多种优化目标，需要根据不同的优化要求进行目标函数的建模，同时多能源系统中能源的生产和消费模式，在时间和空间尺度上有较大的差异，现有的优化技术没有具体针对空气源热泵耦合燃气供热系统，且优化目标函数的选取未能涵盖节能、环保和经济等多个方面，计算模型较为简单。

技术实现思路

1、本发明提供一种空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，采用本方法可以提升系统能源利用效率，节约成本，实现耦合供热系统的高效、节能与环保。

2、本发明一种空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，包括下列步骤：

3、步骤一、构建空气源热泵耦合燃气供热系统的数学模型，计算系统逐时运行性能，所述的数学模型包括空气源热泵供热单元制热与能耗模型和燃气采暖热水炉供热单元制热与能耗模型；

4、步骤二、确定耦合供热系统综合评价指标体系，包括一级评价指标和二级评价指标，并构建二级评价指标计算模型；所述的一级评价指标共3个，包括节能性、环保性和经济性；所述的二级评价指标共4个，其中节能性指标包括综合能效比eer和清洁能源利用率η，环保性指标包括co2排放量tco2，经济性指标包括运行费用cr；

5、步骤三、基于系统评价指标体系，采用层次分析法，构建指标判断矩阵，进行归一化处理，并进行一致性检验，确定一级指标和二级指标的各自权重；

6、步骤四、将系统二级指标进行归一化处理，计算综合能效比、清洁能源利用率、二氧化碳排放量和运行费用的隶属度函数；

7、步骤五、基于二级评价指标的隶属度函数，构建综合目标函数计算模型，计算公式为，式中w1、w2、w3分别为一级评价指标节能性、环保性和经济性指标的权重；w11、w12分别为二级指标综合能效比、清洁能源利用率的权重；

8、步骤六、末端采用地板辐射采暖，构建基于末端特性的供热参数预测模型，采用质调节方式，计算得到不同室外温度下的实际运行供水温度tg、实际运行回水温度th及供热热负荷q；

9、步骤七、以优先满足供热需求为原则，实时判断当前室外温度下，单独运行空气泵热泵能否满足供热负荷需求，若不能满足，则计算空气源热泵与燃气采暖热水炉联合运行模式下与燃气采暖热水炉单独运行模式下的综合目标函数，采取综合目标函数最大的运行模式；若能满足，则计算空气源热泵单独运行模式下与燃气采暖热水炉单独运行模式下的综合目标函数，采取综合目标函数最大的运行模式，基于此得到空气源热泵耦合燃气供热系统运行控制策略。

10、本发明的有益效果：

11、(1) 本发明针对空气源热泵耦合燃气供热系统，构建了结霜工况与非结霜工况下的空气源热泵制热与能耗模型、基于不同负荷率的燃气采暖热水炉制热与能耗模型，基于此模拟计算系统运行性能。

12、(2) 本发明提出一种耦合供热的优化运行控制方法，该方法以节能性、环保性及经济性等多个方面的多个指标为目标函数，确定系统的最优运行控制方法，提升系统能源利用效率、节约运行成本，实现系统运行的高效、节能与环保。

13、(3) 本发明采用层次分析法确定各评价指标权重，通过对评价指标进行无量纲化处理与统一方向，构建综合目标函数，以此进行运行控制方法的优化，解决多个优化目标函数下系统运行控制方法的确定问题。

技术特征：

1.一种空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，其特征在于包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤一中空气源热泵供热单元的制热量计算公式为，空气源热泵供热单元的耗电量计算公式为，式中qp为空气源热泵供热单元的制热量；qrate为空气源热泵供热单元在非结霜工况时的制热量；qreal为空气源热泵供热单元在结霜工况以及除霜工况时的制热量；wp 为空气源热泵供热单元耗电量；wrate为空气源热泵供热单元在非结霜工况时的耗电量；wreal为空气源热泵供热单元在结霜工况时的耗电量；

3.根据权利要求1或者2所述的空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，其特征在于：综合能效比、清洁能源利用率、二氧化碳排放量和运行费用的隶属度函数计算公式为，，，，式中eer max、eer min分别为系统处于最佳运行状态、最差运行状态时的综合能效比；ηmax、ηmin分别为代表系统处于最佳运行状态、最差运行状态时的清洁能源利用率；tco2 max、tco2 min分别为系统处于最差运行状态、最佳运行状态时的二氧化碳排放量；cr max、cr min分别为系统处于最差运行状态、最佳运行状态时的运行费用；

5.根据权利要求1所述的空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤六中的公式为，，，式中为设计供水温度；为设计回水温度；tg为实际运行供水温度；th为实际运行回水温度；c1为地板辐射采暖的辐射板的特性参数；为相对供热热负荷比；为供热设计热负荷；tn为供热室内计算温度；为供热室外计算温度。

技术总结本发明公开了一种空气源热泵耦合燃气供热系统优化运行控制方法，首先建立空气源热泵、燃气采暖热水炉数学模型模拟计算系统实时能耗，其次确定耦合系统综合评价指标体系，包括节能性、环保性和经济性等3个一级指标，综合能效比、清洁能源利用率、CO2排放量和运行费用4个二级指标，采用层次分析法计算各指标权重进而构建综合目标函数，以满足供热需求为前提，确定综合目标函数最大时系统运行模式，以达到优化耦合供热系统运行的目的，实现耦合供热系统的高效、节能与环保。技术研发人员：高文学,杨林,王艳,严荣松,户英杰,苗庆伟,杨明畅受保护的技术使用者：中国市政工程华北设计研究总院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20