一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法技术

本发明专利技术公开了一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法，属于高温热泵性能领域，首次将关键临界参数优化应用于高温热泵性能预测过程。建立了一个仅涉及两个临界关键参数的热泵理论循环性能的简单预测模型，有利于快速、简易、准确地筛选出高温热泵工质的目的。该方法在Yan等人基础上通过扩大工质库和引入逆卡诺循环系数的优化方式，不仅提高了原有模型的精度，更有益于扩大模型的适用工况范围，对优化能源结构、转变发展方式、高效供热供暖具有重要意义。暖具有重要意义。暖具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法


[0001]本专利技术属于高温热泵性能领域，具体涉及一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法。

技术介绍

[0002]大量的中低温(最高可达100℃)低品位余热被浪费掉，如何利用这些浪费的能源，是当前能源研究的主要方向之一。热泵是此过程中替代传统化石燃料的重要低碳甚至零碳热能的生产方式之一。高温热泵可以从工业过程中回收余热，并借助外部能源将热量从低温介质转移到高温介质中。
[0003]高温热泵的出水温度较高，R134a等常用热泵工质性能较差，因此迫切需要筛选可替代的高温热泵工质。COP(性能系数)是最重要的性能评价参数，因为它决定了系统的能源效率。工质性能可以从系统建模和实验中获得。然而，评价与筛选大量的工质时，完整的系统建模和细致的实验并不现实。之前的学者一直致力于开发一个简单有效快捷的筛选工质过程，工质性能预测恰恰是其中最为重要的课题。热泵性能预测整体上有两种方法，一种是基于工质的状态方程，一种是基于人工神经网络和遗传算法。热泵机组的性能预测从较早集中于状态方程领域到如今在各类智能算法上取得了比较大的进展与预测准确性。因此，以神经网络算法为代表的智能技术在热泵系统性能预测领域应用的可行性。然而，热泵各种热力参数相互影响，有大量的重复信息，运用合适的方法对热泵性能预测解决热力参数相互掺混的问题有待进一步补充。
[0004]在热泵工质筛选工作中，性能系数(COP)与容积制热量(VHC)是两个最为重要的性能评价参数。通过热泵系统建模或实验的方法能够得到这两个参数，但是当筛选大量潜在可行的工质时，以上方法不仅耗时，而且实验本身的繁琐、成本高是不可忽略的缺点。早期Yan等人提出的一种基于临界关键参数的简单热泵性能预测模型。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中心存在的问题，本专利技术提供一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法。本专利技术将工质的临界关键参数应用于高温热泵性能预测领域，解决现有预测技术中繁琐、成本高、费时的问题。该专利技术旨在利用与目标性能参数成正相关的临界关键参数，实现高温热泵性能预测，为从VHC和COP的角度取舍高温工质提供参考。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法，包括以下步骤：
[0007](1)筛选出模型建立的目标工质库，确定蒸发温度50～80℃、冷凝温度70～130℃、提质温差20～80℃的模拟工况区间；
[0008](2)提出两个临界关键参数b
c
和f
c
计算方法，并计算目标工质库的这两个参数值；
[0009](3)利用工质热物性软件REFPROP 9.1求解目标工质在模拟工况区间下的VHC和COP；
[0010](4)基于固定的蒸发温度，建立冷凝温度T
con
、临界关键参数b
c
关于容积制热量VHC的预测方程；
[0011](5)建立逆卡诺循环性能系数COP0、临界关键参数f
c
关于容积制热量VHC的预测方程。
[0012]所述步骤(2)中临界关键参数b
c
计算公式为b
c
＝p
c
/(T
c
‑
273.15)，其中，p
c
为工质的临界压力，T
c
为工质的临界温度。临界关键参数f
c
计算公式为f
c
＝
‑
1/((T
c
‑
273.15)3pc)。
[0013]所述步骤(5)中逆卡诺循环性能系数COP0计算公式为COP0＝T
con
/(T
con
‑
T
e
)，其中，T
con
为冷凝温度，T
e
为蒸发温度。
[0014]本专利技术的有益效果为：本专利技术方法创新性地将关键临界参数应用于高温热泵性能领域，实现高温热泵性能预测，达到根据性能筛选工质的目的。该方法减少了预测成本，避免了现有方法的繁琐过程，简单经济准确。并通过引入逆卡诺循环性能系数的方式，提升了理论循环性能系数COP的预测准确性，对高温热泵性能快速有效预测具有重要意义。
附图说明
[0015]图1是纯工质的临界关键参数b
c
和f
c
分布示意图；
具体实施方式
[0016]下面结合附图及具体实施方案对本专利技术作进一步详细说明。
[0017]系统方法原理：临界关键参数b
c
和f
c
分别与热泵理论循环性能VHC和COP有着强烈地正相关性，而且性能受工况影响明显。
[0018]以REFPROP 9.1里的工质库作为数据来源，采用拟合回归，捡来起简化模型。具体实施方法如下：
[0019](1)根据制冷剂筛选法则，筛选出模型建立的目标工质库，并确定蒸发温度50～80℃、冷凝温度70～130℃、提质温差20～80℃的模拟工况区间：
[0020](2)计算各工质的两个临界关键参数b
c
和f
c
；
[0021](3)利用工质热物性软件REFPROP 9.1求解各工质在模拟工况区间下的VHC和COP；
[0022](4)进行临界关键参数与性能参数之间的相关性检验，皮尔逊系数均在0.9以上；
[0023](5)基于固定的蒸发温度，建立冷凝温度T
con
、临界关键参数b
c
关于容积制热量VHC的预测方程；
[0024](6)建立逆卡诺循环性能系数COP0、临界关键参数f
c
关于容积制热量VHC的预测方程
[0025]对于容积制热量VHC，分别固定理论循环蒸发温度(50℃、60℃、70℃、80℃)，将冷凝温度从70℃变化到130℃(最小提质温差为20℃)，建立预测方程如式(1)～(4)所示。
[0026]VHC＝(
‑
2195.307
con
+469732.08)b
c
+(28.31T
con
‑
5883.30)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0027]VHC＝(
‑
2704.31T
con
+576345.74)b
c
+(33.31T
con
‑
6835.56)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0028]VHC＝(
‑
2698.88T
con
+639644.21)b
c
+(24.26T
con
‑
6358.61)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)筛选出模型建立的目标工质库，确定蒸发温度50～80℃、冷凝温度70～130℃、提质温差20～80℃的模拟工况区间；(2)提出两个临界关键参数b
c
和f
c
计算方法，并计算目标工质库的这两个参数值；(3)利用工质热物性软件REFPROP9.1求解目标工质在模拟工况区间下的VHC和COP；(4)基于固定的蒸发温度，建立冷凝温度T
con
、临界关键参数b
c
关于容积制热量VHC的预测方程；(5)建立逆卡诺循环性能系数COP0、临界关键参数f
c
关于容积制热量VHC的预测方程。2.根据权利要求1所述简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法，其特征在于，所述步骤(2)中临界关键参数b
c
计算公式为b<...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：