Opracowanie i konstrukcja regulatora pompy ciepła typu powietrze-woda: modelowanie obiektu

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_215/21

Piotr Tatjewski *, Maciej Ławryńczuk *, send Piotr M. Marusak *, Marian Rubik **, Piotr Ziętek **, Michał Szumski ***, Maciej Szumski *** * Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska ** Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej *** Plum sp. z o.o.

Download Article

Streszczenie

W artykule opisano metodę tworzenia modelu pompy ciepła, który docelowo zostanie wykorzystany do opracowania urządzenia sterującego. Ze względu na szybkie działanie obiektu, skoncentrowano się na opracowaniu modelu statycznego obiektu. Model ten jest złożony z szeregu równań, które opisują poszczególne elementy pompy ciepła, czyli: sprężarkę, skraplacz, zawór rozprężny oraz parowacz. Pomimo stosunkowo bogatej literatury, w której zostały opisane modele poszczególnych elementów pompy ciepła, ich połączenie w jeden model nie jest niestety działaniem prostym i, ze względu na stosunkowo duży stopień skomplikowania zagadnienia, wymaga opracowania funkcji (najczęściej w postaci wielomianów), które opisują zmiany parametrów modelu. Ponadto okazało się być potrzebne zastosowanie algorytmu otrzymywania wartości wyjść, który bazuje na metodzie iteracji prostych. Dzięki opisanemu w referacie podejściu, została uzyskana dobra jakość modelowania, o czym świadczą wyniki przeprowadzonych eksperymentów. Podczas tych badań, przebiegi zmiennych odwzorowujących pracę obiektu zostały porównane z danymi pozyskanymi z rzeczywistego obiektu (pompy ciepła).

Słowa kluczowe

metoda iteracji prostych, modelowanie, pompa ciepła

Design and construction of the controller for air-water heat pump: modeling of control plant

Abstract

A method of design of a heat pump model for developing optimizing control device is described. The control plant is fast, therefore a static control plant model is considered. The model consists of many equations describing elements of the heat pump, namely: a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator. Despite relatively rich literature describing models of the elements of the heat pump, connection of these models into one is not a simple task. Due to the complexity of the problem some functions describing changes of parameters of the control plant must be obtained (in most cases polynomials are used as these functions). Moreover, as the complexity of the model is considerable an algorithm based on direct iteration method must be used to obtain output values. Thanks to the approach which was described in the paper, good quality of modeling was obtained, what is well illustrated by results of comparison of variables obtained from the model with data collected from the real plant.

Keywords

direct, heat pump, iteration, modeling

Bibliography

  1. Corberan M., Gonzalvez J., Urchueguia J., Lendoiro A.M., Simulation of An Air-to-Water Reversible Heat Pump, “International Refrigeration and Air Conditioning Conference”, paper 524, 2000, [http://docs.lib.purdue.edu/iracc/524]
  2. Domanski P., Didion D., Computer Modeling of the Vapor Compression Cycle With Constant Flow Area Expansion Device, “NBS Building Science Series” 155, 1983.
  3. Klein S.A., Reindl D.T., Develop Data Base for Determining Optimum Compressor Rating Points for Residential Refrigerator and Freezer Compressors, “ASHRAE Report” RP-870, 1999.
  4. Lemmon E.W., Huber M.L., McLinden M.O., NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 9.1, National Institute of Standards and Technology, Standard Reference Data Program, Gaithersburg 2013.
  5. Liang C., Jiangping C., Jinghui L., Zhijiu C., Experimental investigation on mass flow characteristics of electronic expansion valves with R22, R410A and R407C, “Energy Conversion and Management”, vol. 50(4) 2009, 1033–1039.
  6. Rasmussen B., Alleyne A.G., Dynamic Modeling and Advanced Control of Air Conditioning and Refrigeration Systems, ACRC TR-244, June 2006.
  7. Sanaye S., Dehghandokht M., Mohammadbeigi H., Bahrami S., Modeling of rotary vane compressor applying artificial neural network, “Internal Journal of Refrigeration”, Vol. 34 2011, 764–772.
  8. Winkler J., Development of a Component Based Simulation Tool for the Steady State and Transient Analysis of Vapor Compression Systems, Ph.D. thesis, Department of Mechanical Engineering, University of Maryland College Park, MD, 2009.