采用空气源热泵的制热设备配置方法、系统、设备和介质与流程

本发明涉及制热设备配置，特别是涉及一种采用空气源热泵的制热设备配置方法、系统、设备和介质。

背景技术：

1、蒸汽、高温热水在各类企事业单位、工业生产活动中有广泛的应用，目前终端用户一般通过采用天然气锅炉来制取蒸汽、高温热水，将自来水通入天然气锅炉，天然气燃烧后产生热量将冷水加热到所需的高温热水或者蒸汽。主要存在两方面问题，一是天然气热能转换效率较低，造成能源浪费；二是随着天然气价格升高，用户制热成本不断上升。空气源热泵是一种新型电制热设备，相比与天然气锅炉、电锅炉，具有能源转换效率高的特点，其转换效率一般大于1，即消耗1kwh电，可以产生大于1kwh的热量，用空气源热泵制热具有能源效率高、运行成本低的特点，但是受制于空气源热泵技术发展，目前常规热泵只能产生高温热水，产生蒸汽的空气源热泵较少，且成本较高、能源转换效率降低。

2、为了降低运行成本，实现供热系统节能减排，一种可行是方法是先采用空气源热泵对需要加热的冷水进行前段加热，即对冷水进行预热，温度提升后再进入天然气锅炉，这样充分利用了空气源热泵的高效能源效率优势，天然气锅炉消耗的天然气将会减少。目前在采用空气源进行预热的制热系统中，一般做法为直接从市面购买空气源热泵将冷水进行预热，但是这种方式未充分考虑投资造价、空气源热泵输出温度、空气源热泵效率等因素耦合影响，为了减少天然气使用，应尽可能提升预热水温，但是预热水温提升需要采用可输出温度较高的热泵设备，而随着热泵可输出温度的升高，其造价将会上升、热泵效率将会下降，给节能减排带来不利影响。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用空气源热泵的制热设备配置方法、系统、设备和介质，以能够解决现有制热设备的制热成本和制热效率之间存在的矛盾温度，达到提高能源利用率和制热设备的制热效率，实现节能减排的技术效果。

2、第一方面，本发明提供了一种采用空气源热泵的制热设备配置方法，所述方法包括：

3、根据热泵的日制热供应量、可输出温度和运行时间，计算热泵的输出制热功率、输入电功率和初始成本；

4、根据所述输入电功率，计算热泵加热日运行成本，并根据天然气加热效率，计算天然气加热日运行成本；

5、根据所述热泵加热日运行成本、所述天然气加热日运行成本和所述初始成本，构建热水制取总成本模型；

6、对所述热水制取总成本模型进行极小值约束，得到最优热泵输出温度，并根据所述输出制热功率和所述最优热泵输出温度，得到对应的最优设备制热功率；

7、根据所述最优热泵输出温度和所述最优设备制热功率，对制热设备进行优化配置。

8、进一步地，所述根据热泵的日制热供应量、可输出温度和运行时间，计算热泵的输出制热功率、输入电功率和初始成本的步骤包括：

9、根据热泵的日制热供应量和运行时间，计算热泵的输出制热功率；

10、根据热泵的可输出温度，计算热泵的单位制热成本和平均制热效率；

11、根据所述输出制热功率和所述平均制热效率，得到热泵的输入电功率，并根据所述输出制热功率和所述单位制热成本，得到热泵的初始成本。

12、进一步地，所述根据热泵的可输出温度，计算热泵的单位制热成本和平均制热效率的步骤包括：

13、对热泵的可输出温度和单位成本进行拟合，得到热泵的单位制热成本；

14、对热泵的可输出温度和制热效率进行拟合，得到热泵的平均制热效率。

15、进一步地，采用如下公式表示所述输出制热功率：

16、

17、

18、

19、采用如下公式表示所述单位制热成本：

20、

21、采用如下公式表示所述平均制热效率：

22、

23、采用如下公式表示所述输入电功率：

24、

25、采用如下公式表示所述初始成本：

26、

27、式中，q表示日制热供应量，t表示运行时间，tz表示可输出温度，c表示水的比热容，m表示待加热的热水质量，△t表示水温温差，tz表示热泵的可输出温度，tc表示待加热热水的初始温度，a1、b1、d1、a2、b2和d2均表示拟合系数。

28、进一步地，所述根据所述输入电功率，计算热泵加热日运行成本，并根据天然气加热效率和天然气价格，计算天然气加热日运行成本的步骤包括：

29、根据所述输入电功率、所述运行时间和电价，计算热泵加热日运行成本；

30、根据天然气加热效率和天然气价格，计算天然气加热日运行成本。

31、进一步地，所述根据所述热泵加热日运行成本、所述天然气加热日运行成本和所述初始成本，构建热水制取总成本模型的步骤包括：

32、根据所述热泵加热日运行成本、所述天然气加热日运行成本和年运行天数，计算年运行成本函数；

33、根据所述年运行成本函数和所述初始成本，构建热水制取总成本模型。

34、进一步地，采用如下公式表示所述热泵加热日运行成本：

35、

36、式中，表示输入电功率，t表示运行时间，jd表示电价；

37、采用如下公式表示所述天然气加热日运行成本：

38、

39、式中，c表示水的比热容，m表示待加热的热水质量，tz表示可输出温度，jd表示天然气价格，w表示转换系数，表示天然气加热效率，z表示天然气热值；

40、采用如下公式表示所述年运行成本函数：

41、

42、式中，s表示年运行天数；

43、采用如下公式表示所述热水制取总成本模型：

44、

45、式中，n表示运行年份，e表示运行总年份，r表示折现率，l(tz)表示初始成本。

46、第二方面，本发明提供了一种采用空气源热泵的制热设备配置系统，所述系统包括：

47、模型构建模块，用于根据热泵的日制热供应量、可输出温度和运行时间，计算热泵的输出制热功率、输入电功率和初始成本；

48、根据所述输入电功率，计算热泵加热日运行成本，并根据天然气加热效率，计算天然气加热日运行成本；

49、根据所述热泵加热日运行成本、所述天然气加热日运行成本和所述初始成本，构建热水制取总成本模型；

50、配置计算模块，用于对所述热水制取总成本模型进行极小值约束，得到最优热泵输出温度，并根据所述输出制热功率和所述最优热泵输出温度，得到对应的最优设备制热功率；

51、配置优化模块，用于根据所述最优热泵输出温度和所述最优设备制热功率，对制热设备进行优化配置。

52、第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

53、第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

54、本发明提供了一种采用空气源热泵的制热设备配置方法、系统、设备和介质。通过所述方法，对空气源热泵的预热水温和制热功率进行优化配置，本发明不仅提高了能源利用率，降低了制热成本，同时提高了制热效率，进一步实现了节能减排，此外，本方法不仅适用于空气源热泵，也适用于地源热泵、水源热泵等其他热泵产品或技术，也可以应用到各类电制热水、电制蒸汽、电制冷等场景，具有良好的实用性和可扩展性。