최적의 효율을 위한 물 대 물 CO2 히트 펌프 제어

중국 동관과학기술대학이 이끄는 과학자들은 이산화탄소를 냉매로 사용하는 물-물 열 펌프를 제어하는 ​​새로운 방법을 제안했습니다. 모델 기반 최적 제어(MC) 및 전형적 제어(TC) 메커니즘은 가상 열 펌프에서 테스트되었으며 COE를 14.6% 개선했습니다.

출처: 과학직접계산 부담을 줄이기 위한 물-물 CO2 히트 펌프에 대한 효과적인 MC 최적화 전략은 없습니다. 따라서 이 연구는 최적의 변수를 식별하여 물-물 CO2 히트 펌프의 COP를 개선하는 MC를 개발하는 것을 목표로 합니다. "시스템 모델은 가상 CO₂ 히트 펌프의 광범위한 데이터를 사용하여 도출되었으며, 추가 시뮬레이션 전에 신뢰성이 검증되었습니다."

물 대 물 CO2 히트 펌프는 증발기(ET), 액체 수신기(LR), 내부 열교환기(IHX), 압축기(CM), 가스 쿨러(GC), 팽창 밸브(EX) 및 두 개의 재순환 펌프(pm)로 구성됩니다. TC는 고정된 설정점과 간단한 제어 루프를 사용하여 시스템 전체 최적화와 관계없이 특정 매개변수를 조절합니다.

더욱 정교한 MC를 개발하기 위해 팀은 MATLAB과 REFPROP에서 가상 CO2 히트 펌프를 구축했습니다. 3969개의 사례를 사용하여 시스템을 모델링하고 히트 펌프가 작동 조건의 변화에 ​​어떻게 반응하는지 설명했습니다. 시스템을 검증하기 위해 실험적 설정을 설계했는데, 가스 쿨러 출구 온도의 평균 오차는 4.4%, 압축기 전력의 평균 오차는 7.4%였습니다.

과학자들은 시스템 구성 요소의 열역학적 거동을 분석하고 최적의 배출 압력과 가스 쿨러 배출구 수온 설정점을 결정하여 COE를 극대화하는 최적화 알고리즘을 개발했습니다. 그들은 MC와 TC 모델을 사용하여 세 가지 사례 연구에서 시스템을 테스트했습니다.

첫 번째 사례 연구에서 연구자들은 증발기 혼합물의 입구 온도를 18°C로 고정하고, 가스 쿨러의 입구 수온을 29°C와 35°C 사이에서 무작위로 지정하고, 가스 쿨러의 목표 출구 온도를 40°C와 48°C 사이에서 변경했습니다. MC의 COP는 TC보다 9.9% 높았고, 평균 COP는 2.49였고, TC의 경우 2.265였습니다.

두 번째 사례 연구에서 가스 쿨러 입구 수온은 32°C로 고정되었고, 증발기 혼합물 입구 온도는 17°C~19°C였으며, 가스 쿨러의 목표 출구 온도는 40°C~48°C 사이에서 무작위로 변화되었습니다. MC의 평균 COP는 2.482로, 평균 COP가 2.3인 TC보다 8% 더 좋았습니다.

증발기 혼합물의 입구 온도가 17°C~19°C, 가스 쿨러의 입구 수온이 29°C~35°C, 가스 쿨러의 출구 수온이 40°C~48°C인 최종 사례 연구에서는 MC의 효율이 14.6% 향상되었으며, 평균 COP는 2.458인 반면 TC의 평균 COP는 2.145였습니다.

"MC 최적화 전략을 사용한 시스템 계산 시간은 기존 최적화 전략에 비해 42.2%~47.1% 단축되었습니다."라고 팀은 말했습니다. "이 결과는 공식화된 MC가 물-물 CO2 히트 펌프의 에너지 효율을 효과적으로 개선할 수 있음을 나타냅니다. 개발된 다중 최적화 전략은 계산 노력을 효과적으로 줄이고 평균 COP를 약간 낮춥니다. 따라서 이 연구는 물-물 CO2 히트 펌프에 MC를 구현하기 위한 지침을 제공하여 COP를 개선하는 데 도움이 됩니다."

그들은 “에서 그들의 결과를 발표했습니다.생활용 온수 사용을 위한 물-물 CO2 히트 펌프의 최적 제어 접근 방식에 대한 연구, 최근 Case Studies in Thermal Engineering에 게재되었습니다. 중국 동관 기술 대학, 광동 기술 대학, 노르웨이 노르웨이 과학 기술 대학의 과학자들이 공동으로 연구를 수행했습니다.