一种简化的高温热泵理论循环性能预测模型的建立方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

为了解决现有技术中心存在的问题，本发明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。本发明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。该发明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。

本发明的技术方案是：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：

(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

(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；

(4)基于固定的蒸发温度，建立冷凝温度T

(5)建立逆卡诺循环性能系数COP

所述步骤(2)中临界关键参数b

所述步骤(5)中逆卡诺循环性能系数COP

本发明的有益效果为：本发明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

图1是纯工质的临界关键参数b

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方案对本发明作进一步详细说明。

系统方法原理：临界关键参数b

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：

(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：

(2)计算各工质的两个临界关键参数b

(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；

(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；

(5)基于固定的蒸发温度，建立冷凝温度T

(6)建立逆卡诺循环性能系数COP

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。

VHC＝(-2195.307

VHC＝(-2704.31T

VHC＝(-2698.88T

VHC＝(-5583.41T

对于理论循环性能系数COP，建立具体的逆卡诺循环性能系数COP

COP＝(306875.91COP

按照上述建模步骤进行高温热泵性能预测建立，在建模结束后将模型预测值与REFPROP 9.1中根据状态方程求解的理论值对比，其结果吻合程度良好。总体上，VHC预测模型的平均绝对百分比误差为7.08％，COP预测模型的平均绝对百分比误差为4.07％。结果表明，所建的简化模型对高温热泵性能预测具有快速简易准确的效果。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。