基于MATLAB的地源热泵热水系统的可视化仿真

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1、中国制冷学会2007学术年会·创新与发展基于MATLAB的地源热泵热水系统的可视化仿真张云峰张宇(长沙理工大学能源与动力工程学院湖南长沙410076)摘要本文通过分析地源热泵系统的组成，分别建立了地源热泵系统的三个组成环路的数学模型：地下埋管换热器环路模型、热泵机组环路模型、末端水环路模型。通过质量守恒、能量守恒和动量守恒关系，利用MATLAB-SIMULINK模块，搭建整个系统的动态仿真模型。另外在仿真系统建立后，采用具有编程简单、数据输入方便、界面交互性强等优点的GUI来完成可视化界面的设计。充分

2、利用SIMULINK和GUI各自强大的功能，将二者结合起来实现地源热泵系统的动态仿真。关键词地源热泵；仿真模型；动态仿真；可视化STUDYANDDESIGNoFTHESIMULATIoNoFTHEGRoUNDSoURCEHEATPUMPHoTWATERSYSTEMBASEDoNMATLABZhangyunfeng，Zhangyu(CollegeofEnergyandPowerEngineering，ChangshaUniversityofScience&Technology，Changsha，4100

3、76，China)AbstractWiththeanalysisofthegroundsourceheatpumpcomponents，mathematicalmodelofthegroundsourceheatpumpsystemisestablished，composedoftheundergroundheatexchangerloop，heatpumpunitsloopandtheendofthewaterloop．Adoptionofconservationequmionofmass，ener

4、gyandmomentumconservmionequation，itstructuresthesystemdynamicsimulationmodelwithMATLAB—SIMULINKmoduleandGUIvisualizationinterfacedesign．TheadvantagesoftheGUIprogrammingissimple，convenientindataenteringandgoodsurfaceinteraction．Withtheadvantageofthepower

5、fulGUI，itisconvenienttoachievethedynamicsimulmionofthegroundsourceheatpumpsystem．Keywordsgroundsourceheatpump；simulationmodel；dynamicsimulation；visible近年来，由于能源危机的产生，以及对环保的重视，使得对地源热泵的研究越来越普遍。合理地建立地源热泵的模型，是研究地源热泵的运行特性和合理匹配热泵各部件使其达到最佳运行特性的一个很重要的环节。本文将建立地源热

6、泵系统的各环路数学模型，通过质量守恒，能量守恒和动量守恒关系，在MATLAB-SIMULINK环境下建立系统的仿真模型。输入地源热泵系统的初始参数，计算出对应配置下相应的参数，输出系统的冷凝温度，蒸发温度和室内温度的变化曲线，从而达到动态仿真的目的。本设计只对冬季工况进行仿真。其冬季工况的系统示意如图1：系统由三个环路组成，分别是地下埋管换热器环路、热泵机组环路、末端水环路。用地下埋管换热器回收土壤的低位热源，蒸发器中的制冷．37．剂吸收土壤的热量开始蒸发，制冷剂经过压缩机变成高温高压的气体，再经过冷

7、凝器，跟冷凝器中的冷凝水换热，冷凝器中的冷凝水吸收致冷剂的热量后温度上升，热水就供给用户。而制冷剂再经过膨胀阀变成低温低压的液体流入蒸发器，这就完成了一个工作循环。地下埋管换热器环路热泵机组环路末端水环路图1地源热泵系统示意图中国钢冷学会2007喾求年会·创新与发展1地源热泵系统的数学模型{。1地下埋管换热萋§数学模型包括地下循环水与土壤之闻的传热。假设土壤的温度是懒定不变的，设地下循环水与土壤恒温层有一定脬度进行传热，从稚可筒化为一个筒单的温差传热过程，可用对数平均温差计算。传热方程数学表达式如公式

8、(1)：，‘一于meCp(teo—te，)=k‘上等111量』

9、g—l∞(1)式中：致一蒸发器水稷

10、

11、循环流量，kg／sCp一水的比热，kJ／(kg’k)乙一蒸发器窭疆循环拳湿度，℃t“一蒸发器进口循环水温度，℃名一地下土壤平均换热温度，℃≈一地下传热系数，W／(m2．k)／2一地下换热器总面积，m21。2热泵聿蠢组环路数学模型1．2．1蒸发器和冷凝器数学模型与压缩机和膨胀阕相比，冷凝器和蒸发器的模黧和模拟方法更为复杂，涉及到的输入和输出参数也更多。根据