مدل‌سازي ديناميكي سيستم پمپ حرارتي هوا به هواي جريان متغير مبرد

Dynamic Modeling of Air to Air Variable Refrigerant Flow Heat Pump System

در پمپ‌هاي حرارتي جريان متغير مبرد تامين بار حرارتي مورد نياز در شرايط محيطي متفاوت با تغيير دور كمپرسور و بازشدگي شير انبساطي صورت مي‌گيرد و سيستم علاوه بر حالت پايا حالات گذرا را نيز در بسياري مواقع تجربه مي‌كند. لذا مدل‌سازي دقيق پمپ حرارتي براي بررسي سيستم و ارائه استراتژي عملكرد آن ضروري مي‌باشد. در مقاله حاضر مدل‌سازي ديناميكي پمپ حرارتي جريان متغير انجام شده‌است. بدين منظور‌ مبدل‌هاي حرارتي بصورت متغير با زمان به روش مرز متحرك اصلاح شده و كمپرسور و شير انبساطي بدليل شرايط گذراي حرارتي بسيار سريعتر نسبت به مبدل‌ها، بصورت پايا مدل شده‌‌ و در نرم افزار متلب كوپل شده‌اند. انجام صحت سنجي حاكي از دقت بالاي مدل حاضر با خطاي 5.3 درصد نسبت به مطالعات انجام شده تا كنون (خطاي 10 درصد) مي‌باشد. با بررسي تغيير دور كمپرسور و بازشدگي شير انبساطي توسط مدل حاضر مشخص گرديد كه شرايط گذرا در زمان اعمال تغيير، بر روي پارامترهاي عملكردي سيستم مانند بار حرارتي توليدي و ضريب عملكرد تاثير بسزايي داشته ( نسبت به حالت پايا) و ميزان آن با توجه به نوع و مقدار تغيير متفاوت مي‌باشد كه در اين‌ پژوهش تا 15 درصد مي‌باشد. اين شرايط مي‌بايست در استراتژي عملكرد سيستم لحاظ شود، در غير اين‌صورت بار حرارتي توليدي واقعي سيستم و برآورد مدل متفاوت بوده و آسايش حرارتي بر پايه پيش بيني استراتژي عملكرد مختل مي‌گردد. لذا نياز به مدل ديناميكي بمنظور لحاظ نمودن و مدل‌سازي شرايط پايا و گذرا با دقت مناسب مي‌باشد و مدل مقاله حاضر اين امر را ميسر مي‌سازد.

In variable refrigerant flow (VRF) heat pumps facing variable environmental conditions, the required load is achieved by means of compressor speed and expansion valve opening. Thus, this type of heat pumps is under transient conditions in addition to steady state conditions. Thus a detailed modeling is essential for an appropriate heat pump analysis and strategy. In the present paper, dynamic modeling of a VRF heat pump is conducted. For this purpose, dynamic modeling of heat exchangers is done via modified moving boundary method. Compressor and expansion valve are modeled in steady state as their thermal transient conditions are much faster compared to heat exchangers. Finally components models are coupled in MATLAB software. Validations indicate the present model with 5.3 percent error is more accurate than the previous studies (10 percent error). By investigating of compressor speed and expansion valve opening variations effect by the present model, it is concluded that transient conditions on system performance such as COP and generation are very effective compared to steady state conditions and these effects depend on the type and size of variation and in this article 15 percent difference is achieved. These conditions must be considered in system strategy, otherwise system real generation and model prediction will be different and consequently thermal comfort will be disturbed. Thus an accurate dynamic model is necessary for all steady and transient conditions and the present model can be utilized.