摘要: 對於開式地表水源熱泵來說，取水能耗是決定系統節能性的關鍵因素。在水源熱泵機組能耗模型、取水能耗模型等的基礎上建立了開式地表水源熱泵系統的能效比耦合模型，並得到了基於節能率的地表水源熱泵系統的不同取水溫度和不同取水能耗下的耦合限值。透過實際案例，計算得到了地表水源熱泵系統不同取水溫度下以及不同系統方式下的系統節能率，建立了開式地表水源熱泵系統取水能耗限值方法。
關鍵詞: 開式地表水源熱泵；取水溫度；耦合；取水能耗；能耗限值中圖分類號：
引言地表水水源熱泵分爲開式地表水水源熱泵以及閉式地表水水源熱泵系統。在國外，閉式水源熱泵應用項目較多，而開式水源熱泵系統研究較少[1]。由於閉式系統不存在取水能耗，其一次側能耗主要與環路阻力有關，對於取水能耗的研究相對較少。在國內，開式地表水水源熱泵應用工程實例明顯多於閉式水源熱泵系統。因此，我國對於地表水水源熱泵的研究也主要針對開式地表水源熱系統[2] [3] [4]。由於換熱溫差的存在，夏季閉式水源熱泵的進水溫度要高於水體的溫度，而在冬季，閉式水源熱泵的進水溫度要低於水體的溫度。因此，閉式水源熱泵的換熱效率一般要低於開式水源熱泵系統[5]。開式地表水水水源熱泵的取水溫度和水體溫度一致，但是，如果水源熱泵的取水能耗過大，將導致開式地表水源熱泵的整體能效過高，引起水源熱泵系統不節能[6]。因此，必須要對開式水源熱泵的取水能耗作限值研究。
地表水源熱泵系統應用得當有兩個關鍵因素：一個是取水溫度和取水水量，另一個重要問題就是取水能耗。確定一個地表水源熱泵系統是否節能應該考慮取水溫度和取水能耗的最優耦合值。即取水溫度高，取水能耗就必須更低；而取水溫度低，則取水能耗要求的就可以更寬。因此，取水能耗的限值實際是建立在取水溫度的基礎上。不同的取水溫度對應不同的取水溫度限值，這個限值也就決定了地表水水源熱泵的節能性和系統的節能效果。該限值的確定必須利用數學方法來進行，Matlab 計算方法爲該模型的求解工具。
模型建立的條件爲了更準確的確定開式地表水源熱泵系統取水能耗的限值，本文利用數學建模的方法來研究。即分別對系統各個部分的耗能情況建立數學模型，以使用冷卻塔的常規空調系統爲參照對象，進行分析研究.模型的建立滿足如下前提：
（1）對與使用冷卻塔的常規空調系統，其使用的冷水機組的能耗計算和水源熱泵機組的能耗計算公式規律相同（2）兩種系統的末端形式一致（3）不考慮大溫差、小流量和小溫差、大流量的問題，機組兩端的進出水溫差保持爲基金項目：國家科技部“十一五”科技攻關項目（水源地源熱泵高效應用關鍵技術研究與示範），項目編號：
中國科技論文在線℃（4）以傳統空調冷卻塔出水溫度爲32℃爲比較標準爲直觀比較，兩種系統給定一致的初始數據，其工程基本參數爲：冷負荷爲1800kW，熱負荷爲1300kW；負荷側的冷凍水循環泵名義揚程爲27m，變頻執行。冷卻水系統所用冷卻水泵的揚程爲25m，變頻執行。
由於常規空調系統冬季一般採用鍋爐供給空調系統，此時常規空調系統結構與水源熱泵系統不同，暫不作分析。因此，本文僅討論系統在夏季執行時的的取水能耗限值得確定方法。
開式地表水源熱泵系統執行能耗模型水源熱泵機組的能耗數學模型目前在水源熱泵工程中使用較多的爲螺桿式熱泵機組，現以螺桿式熱泵機組爲研究對象，將熱泵機組的耗功量擬合爲冷凍水與冷卻水進口溫度的函數，ASHRAE Handbook[7]上推薦用溫度的四次多項式或兩個二次多項式乘積的形式，即ΣΣ（1）式中： 1 f ——熱泵機組耗功量， Kw；——熱泵機組的名義耗功率，Kw；——水源水側機組進水溫度，℃；——空調水側機組進水溫度，℃；——迴歸用水源水側機組進水溫度參數平均值，℃；——迴歸用空調水側機組進水溫度參數平均值，℃；——迴歸係數，由機組實際性能決定在實際執行中，機組基本上是在部分負荷情況下執行。因此，在數學模型建立時需考慮部分負荷率PLR.我們可以得到熱泵機組能耗模型，其數學表述爲：
× f （2）本工程採用熱泵機組爲LSBLGR—M—2400M 型半封閉螺桿熱泵機組，機組能耗模型的係數由課題組採集得到。機組夏季實際執行數據由MATLAB 數學擬合得出，見表1。
表1 熱泵機組模型製冷迴歸係數表開式水源熱泵系統取水水泵能耗數學模型對於水源水側的系統而言，取水水泵的能耗是影響系統節能效果的關鍵因素。因此，首先透過最小二乘法的曲線擬合方法建立水泵的能耗模型。
根據水泵的性能曲線圖可以得出，H~G，η ~ G 的關係曲線近似爲拋物線，因此選擇二中國科技論文在線次函數作擬合曲線建立擬合的水泵性能曲線方程。
（3）η = b + bG + b G （4）當水泵轉速發生變化時，曲線也發生變化。結合相似定律關係式，可以求得不同轉速下，水泵的性能曲線方程：
（5）η = d + d G/ n + d G / n （6）其中n 爲水泵轉速，係數0 c 、1 c 、2 c 、0 d 、1 d 、2 d 與轉速對應，