基于余热回收的燃气热泵性能及控制系统

摘要

燃气热泵(gas engine-driven heat pump,GHP)具有环境适应性强、能效高、耗电量少等优点,能够解决一次能源利用率低、资源浪费和环境污染等问题。当前研究重点是通过模拟和实验方法开展燃气热泵的运行特性研究,而忽略了控制系统。控制系统是燃气热泵的重要组成部分,对于保障机组高效、稳定运行至关重要。本文提出一种嵌入式控制系统,监控GHP冷热水机组(gas engine driven heat pump cold-hot water equipment,GHPW)。详细阐述了多输入输出控制模块、发动机控制模块、蒸发温度控制模块、人机交互模块等燃气热泵核心控制模块的设计原则和方法。通过实验验证了GHPW的运行性能,实验结果表明,控制系统能够准确、稳定地控制机组,实现快速制冷/制热。通过主控制器对发动机转速和蒸发温度的双闭环控制,实现对系统出水温度的稳定性和准确性控制。当环境温度较低时,由于回收发动机余热,GHPW系统的制热能力优于EHP(电热泵)系统。随着环境温度从-20℃上升到7℃,实验系统的制热量从52.94kW逐渐上升到105.87kW,系统一次能源利用率(primary energy ratio,PER)从0.819上升到1.489。发动机余热回收显著提高了系统制热能力和PER。