空气源热泵热水系统动态建模研究

1 研究背景

在当今能源紧张的时代，空气源热泵热水机因其节能、环保、安全而幸运地成为第四代热水器产品，并逐渐得到社会的认可和推崇。在不到5年的时间内，国内就出现了近百个参差不齐的空气源热泵热水机品牌，其在制取65摄氏度以下温度范围的热水领域有着替代电、燃油、燃气炉、燃煤锅炉之趋势。

从市场应用来看，长江流域及长江以南地区新建的宾馆、酒店、学校、医院、企业、公共浴室、游泳池在选择热水设备时基本将目光锁定在空气源热泵热水机上，很多已使用锅炉的用户在作了各种对比后，也开始改造成使用空气源热泵热水机。由此可见，空气源热泵热水机的使用前景是无限的。

空气源热泵热水机节能环保的优越特点已不容置疑，但在热泵技术已经比较成熟的条件下，如何使这类产品在应用过程中更加节能，这是值得业内有识之士用心思考的问题。

2 动态建模应用现状

目前动态建模理论已被广泛应用于企业管理、计算机应用、汽车制造、机械加工、磨具制造等许多领域。在制冷空调系统的研究中，动态建模也常常作为其中的一种研究方法。

如Honeywell公司开发的UniSim Design动态建模软件可以帮助石油/天然气处理工厂、炼油厂、发电厂和化工生产企业更容易地获得和分享过程知识，提高工厂的利润、降低过程费用和最大化投资回报;用友公司开发的ERP/NC动态建模平台，可在企业管理领域、业务流程等方面建立动态模型，方便企业长期高效的动态管理，由于其具有动态建模特征，该软件可用于不同行业;美国IMAG工业公司开发的matrixl0具有独特的动态建模能力，该功能使用户能够随企业的发展自由地调整和修改信息模型及电子业务过程，能够在任何时候自动修改和更新，提高公司的综合管理水平。

在空调制冷领域和热泵制热水领域，陈武等在VAV空调系统的动态建模过程中，建立了压力无关型VAV末端的动态子模型，该模型能够真实反映末端由于风阀联接机械迟滞、电动机动作过程、执行器不灵敏区等所引发的动态特性。以具有2个独立控制区域的小型家用VAV空调系统为对象，利用所建立的系统仿真模型，对2种不同的送风机控制方法进行比较研究。认为在小型家用VAV空调系统中，应当采用具有较弱比例控制作用的PI控制方法对送风机进行控制，以保证系统整体控制的稳定性，实现室温控制效果。MIN等 也研究了由热泵驱动的水加热系统的动态模型，不过该动态模型被设计用于研究热泵热水循环系统的瞬时热力性能。研究人员利用有限元法研究热交换器，利用集中参数测量法分析压缩机和热水箱的运行过程。其中动态参数被用于评价不同尺寸热水箱热水温度变化情况。为了对比性能特征，在系统的类似稳态状态模拟中，将恒定时间作为衡量刻度。模拟中发现较小尺寸的热水箱有较大的瞬时性能降低，而较大尺寸的热水箱在热水存储期间会出现较多的热损失。MIN等 研究动态建模的目的在于提出要优化设计热水箱，使其热损失和性能降低达到最小。JEMNI_3 介绍了工业太阳能加热系统的能量分析，介绍了一种太阳能集热和存储器的动态模型，并对其加热性能与电加热和热泵加热2种加热方法作了对比。

3 空气源热泵热水系统动态建模可行性分析

在空气源热泵热水系统中运用动态建模技术的目的是，使空气源热泵热水机组运行时效率达到最高、耗能最少、运行费用最低、整个热水系统热损失达到最少、制热水量不要过剩、水温合理等。要达到上述目的，就归结于能否搭建符合要求的动态模型，这就是要研究动态建模的可行性如何。

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