中深层地埋管热泵供热系统运行特性实测研究

通过大量工程实测研究,总结了中深层地埋管热泵供热技术的运行特性。中深层地埋管具有出水温度高、取热功率大、长期运行稳定的特点,为热泵系统提供了高品位的低温热源,以提升其运行性能;同时中深层地埋管自身存在间歇蓄热特性,能很好地满足建筑供热需求变化与柔性用能;无级变频热泵机组更适合与中深层地埋管匹配运行,节能减排效果显著;热源侧水系统具有小流量、大扬程,且阻力随着流量变化而大幅度变化的特性。研究结果可为提升该技术的供热性能提供关键指导。

光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(1):最佳切换模式验证

讨论了光伏光热联合双源热泵系统制热运行的最佳切换模式。利用TRNSYS软件建立了仿真模型,对双源(水源、空气源)热泵系统性能系数(COP_(s))进行了计算,提出以某时刻空气源热泵模式或水源热泵模式运行COP_(s)较大者优先运行作为COP_(s)切换模式。通过前期实验结果验证了模拟结果的正确性,并与常规的集热水箱温度切换模式进行了对比实验,验证了COP_(s)切换模式的有效性。结果表明,该实验系统以COP_(s)最佳切换模式运行时发电量和发电效率较集热水箱温度切换模式分别提高了5.35%和1.73%,耗电量降低了17.03%,COP_(s)提高了4.91%。

某酒店制冷机房运行策略优化

对华东地区某酒店制冷机房运行策略进行了优化,利用能耗模拟软件对多种运行方案进行了仿真分析。结果表明:原方案仅对冷水泵采用变频控制,制冷机房能效比为4.62;优化方案1采取传统变频方式,对冷水泵、冷却水泵、冷却塔风机采用变频控制,制冷机房能效比达到5.32,与原方案相比提升了15.1%;优化方案2通过对冷水机组、冷水泵、冷却水泵、冷却塔风机进行优化控制,制冷机房能效比为5.48,与原方案相比能效比提升了18.6%,且每年可减少约79 t碳排放量,节能效果显著。

数据中心冷却系统研究及应用进展

为加速实现数据中心节能降耗的目标,在合理、高效、最大化地利用自然冷源的同时,更不能忽视机械制冷系统本身能效的提升。加强自然冷却与机械制冷的协同,降低数据中心PUE,充分发挥安全稳定、高效运行的数据中心冷却系统自身能效至关重要。本文通过对气流组织、供/回水温度和冷却系统部件及形式3个方面的研究梳理,总结分析数据中心冷却系统节能提效有关技术研究与应用进展,从而为绿色、高效数据中心冷却系统的研发提供参考和借鉴。

混合热工和水力特性的风机盘管系统建模

针对风机盘管系统建模研究中大多数未考虑水力学特性对其的影响,本文提出混合热工和水力特性的风机盘管系统建模方法,以满足实际工程中对于风机盘管系统控制的数学模型需要.在水力学模型中考虑风机盘管电动水阀,基于基尔霍夫定律建立水力平衡方程,通过遗传–粒子群相结合的优化算法(GA-PSO)求解各个盘管的水流量及对应的阀门开度;以水流量为输入,考虑风机盘管风量,采用非线性最小二乘法辨识求解其总传热系数,建立基于牛顿冷却定律的风机盘管热力学模型.实验结果表明:混合热工和水力特性的建模方法能够更好的反应风机盘管的物理过程;GA-PSO算法具有很好的稳定性和收敛性,能够更准确的求解水流量及对应的阀门开度,与实际运行数据的相对误差不超过1%;热力学模型在各种实际工况下的模型误差都低于4%,能够精确反映风机盘管的传热过程.

邻域自适应粒子群算法求解地源热泵区域能源系统鲁棒优化调度问题

针对地源热泵区域能源系统中冷热负荷和机组效能的不确定性,本文提出了一种考虑双重不确定性的鲁棒优化调度方法.首先,基于多面体不确定模型描述调度模型中的鲁棒变量.然后,针对建筑冷热负荷不确定性,采用对偶原理将双层优化模型等价为单层优化模型;对于机组效能不确定性,采用场景法进行分析.最后,采用多目标优化约束处理方法处理鲁棒优化调度模型中的约束条件.同时,为更加高效、准确求解所构建的优化调度模型,提出了一种邻域自适应粒子群优化算法(NAPSO).实验结果表明,在制冷和制热工况下,与经验运行策略相比,本文所提方法可分别减少7.22%和5.55%的系统运行成本,是一种解决地源热泵区域能源系统鲁棒优化调度的有效方法.

热羽流与置换通风作用下油雾颗粒预测模型

高大空间机械厂房采用置换通风系统时,存在竖直方向油雾颗粒浓度分布不均匀的现象。这种现象会影响以降低室内颗粒浓度为目的的需求通风量。为了快速预测竖向油雾颗粒浓度分布,采用区域模型建模方法,考虑壁面流区、热羽流区和主流区等主要区域,基于质量平衡与能量平衡方程,建立了竖向油雾颗粒浓度分布预测模型;同时在实验舱内进行了实验验证,模型计算结果与实验结果趋势相符,最大相对误差不大于20%,表明该模型能够基本满足工程要求;以5种颗粒散发率工况为例进行节能分析,发现引入预测模型后计算得到的置换通风系统需求通风量可比传统变风量系统通风设计方法计算的减少18.83%~44.41%。该预测模型能较为准确地预测高大厂房中置换通风时竖向不同高度的油雾颗粒浓度,可应用于需要快速预测竖向颗粒平均浓度的场景。

多源分布式换能系统构建理论方法研究与应用

“双碳”背景下分布式换能系统以其在低碳环保方面的显著优势逐渐在集中供热领域得到应用。本文针对分布式换能系统中热泵、太阳能集热器、板式换热器和燃料电池等关键单元提出了单元能耗评价方法,并通过EES软件对各单元进行了热力学建模以定量评价不同单元在不同工况下的经济性,进而提出分布式换能系统的构建方法以获得流程经济性最优化。以此为依据搭建了最优化流程,并以北京地区某小区为例分析了该系统的供暖季性能,最后进行了经济性和碳减排分析。结果表明:室外温度在-10~5℃范围内变化时,该新型分布式换能系统的COP为2.69~4.43,太阳能集热器效率为45.19%~61.87%,燃料电池日发电量为8047.4~32228.0 kW·h;与常规热力站相比,该新型分布式换能系统的运行成本节省率为32.66%~53.92%,碳减排率为69.07%~73.29%。

地铁车站弱电设备间设备发热量确定方法

介绍了一种地铁车站弱电设备间设备发热量确定新方法,该方法利用弱电设备发热量实测数据与模型预测数据相互验证,可以有效提高弱电设备发热量确定结果的准确性。研究了室内气温、地铁是否运营、设备额定功率和车站类型等因素对设备发热量的影响。研究结果表明:基于间接测量和预测模型的地铁车站弱电设备间设备发热量确定方法可以提高和保障设备发热量计算结果的准确性;室内气温会显著影响设备外表面和围护结构内表面温度及围护结构内表面热流密度,但对设备外表面热流密度的影响较小;地铁是否运营对弱电设备间设备发热量有较大影响,地铁运营期间设备发热量大于非运营期间;设备额定功率对弱电设备间设备发热量峰值有较大影响,车站类型和建筑面积对设备发热量峰值的影响很小。

某核设施主控室流场优化数值模拟研究

对3种不同进、排风方式的主控室内的气体动力学工况进行了三维数值模拟,模型采用标准K-ε双方程模型。模拟得到了主控室内不同高度截面的速度矢量、温度分布,以及整个空间流体流线走向等结果。通过比对国家标准GB 50019—2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》、EJ/T 938—95《核燃料后处理厂通风与空气净化设计规定》,综合速度、温度、湿度等影响因子最终认定送风口南北墙布置、回风口东西墙(各2个)对称布置、中心间距5.5 m时,气体分布均匀性最佳,气流速度0~0.3 m/s,满足控制室室内温度20~26℃、相对湿度30%~60%的要求,CFD用于某核设施主控室气流环境优化具有明显的指导意义。

矿山太阳能耦合充填体热泵系统性能研究

太阳能热泵和土壤源的结合应用不仅大大提高了清洁能源的利用率,还能很好地解决土壤因冬、夏季负荷不平衡而导致的温度场降低问题。介绍了太阳能热泵系统的分类和存在的问题,提出太阳能耦合土壤源热泵系统的必要性。针对矿井条件,进一步提出了太阳能耦合充填体热泵系统的学术理念,分析了两者结合的可能性,并以石家庄为例用TRNSYS软件进行模拟。阐述了其在夏季与过渡季蓄热、在冬季供暖的运行模式,分析了输出结果以及该系统的利用价值。结果表明:相较无太阳能蓄热充填体温度场变化率为11.56%的情况,有太阳能蓄热时温度场变化率仅为3.67%。太阳能耦合充填体热泵系统中充填体总吸热量为304377.90 kW·h,充填体总释热量为222461.89 kW·h。相当于节省标煤27.36 t,减少二氧化碳排放68.21 t。为后续充填体储热及矿区热利用提供了参考。

住宅厨房空调冷负荷及其影响因素研究

住宅厨房空间因存在高温燃烧热源和烹饪空气污染源,是热舒适和空气品质问题相对集中的区域。随着生活水平的提高,人们对厨房热湿环境的舒适性要求越来越高,新的厨房空调产品也逐渐出现,而现有的负荷研究无法为厨房空调的设计提供有效依据。为了探索住宅厨房空调冷负荷及其影响因素,以某典型住宅厨房为例,研究了厨房冷负荷的大小分布、来源构成、影响变量以及地域差异。结果表明,厨房空调冷负荷集中分布在800~1600W/m^(2),潜热负荷占比高达75%,室外补风在显热负荷和潜热负荷中平均占比30%和71%。地域差异导致峰值负荷大小和出现小时数不同,这对空调选型有重要影响。现有的厨房空调需要匹配合理的运行策略和补风形式才能满足厨房冷量需求。

夏热冬冷地区多能互补溶液除湿空调系统优化

为缓解基于太阳能-地热能(太-地)互补利用的溶液除湿空调系统在夏热冬冷地区中长期运行后土壤温度产生较大波动导致系统能效降低的问题。提出一种太阳能-地热能-空气能(太-地-空)多能互补的溶液除湿空调系统,针对该系统采用的过渡季节和制热季节补热方式对土壤温升及系统能效进行研究。结果表明:太-地互补系统运行20 a后土壤温度上升18.3℃,新系统在过渡补热和制热季节补热2种方式下运行20 a期间土壤温度无大幅波动;太-地系统运行20 a后机组制冷和系统全年性能系数C_(OP)分别下降30.5%和24.5%,太-地-空系统则在20 a的运行期间内均稳定在额定值。由研究结果可知,太-地-空多能互补的溶液除湿空调系统采用过渡季节补热的方式不会出现土壤热不平衡性问题,系统更能够长期稳定运行。

基于夹点的带喷射器CO_(2)热泵系统性能分析

为了研究带喷射器的跨临界CO_(2)内部过冷热泵系统(TCISE),基于夹点建立了TCISE的热力学模型,分析了冷却水进出水温度及流量对系统性能的影响。研究表明:冷却水进水温度从25℃降低到15℃时,最优高压压力从9.3 MPa降至8.8 MPa,降低了5.4%,最大COP从3.83提升至4.27,提高了11.49%;TCISE存在临界冷却水出水温度和临界冷却水质量流量,当冷却水进水温度一定时,在出水温度低于临界出水温度或质量流量高于临界质量流量时,系统COP保持不变。

某商业建筑高效制冷机房运行数据分析

制冷机房作为系统工程,其系统运行参数的变化(如冷冻水供回水温差)会对机房内不同设备的能效产生不同的影响,机房整体能效最优是机房节能运行的重要目标。针对现有建筑运行数据存储较多但对其分析较少的现状,采用数据挖掘技术,对某商业建筑制冷机房实际运行能耗、能效进行统计计算,并将其与负荷率、供回水温度、供回水温差等变量的相关性展开分析,揭示机房能效与各变量间的内在联系。研究结果显示:制冷机房单位面积制冷能耗约为16~17 kW·h/(m^(2)·a),冷水机组能耗占80%以上,冷水机组的能效表现主导了机房的整体能效表现,机房系统能效比(COPs)高于设计值6.06 kW·h/kW·h,达到了预期目标。机房整体能效与室外气温及负荷率、冷冻(却)水供回水温差、冷却水进水出水温度呈负相关关系,机房整体能效与冷冻水供回水温度主要呈正相关关系。冷水机组运行COP与机组负荷率和冷却水回水温度呈现一定相关性,且基本符合机组定冷却水温和AHRI变冷却水温工况下的选型曲线。

基于恒热流法和恒温法的岩土热物性试验分析研究

目前岩土热物性测试仪采用的方法包括两种:恒热流法和恒温法,通过介绍两种测试方法的区别及模型算法,以北京市某公建项目岩土热物性测试结果为基准,利用TRNSYS软件分别模拟了恒热流法和恒温法的测试工况,针对模拟结果展开分析研究。经对比,试验时间至48 h时,两种测试方法利用软件模拟出的延米换热量与现场测试结果的误差在10%以内,表明若已知项目周边的地层热物性参数如地层的导热系数、热扩散率等,可将软件模拟结果作为前期地埋管系统设计的依据,并作为后续热物性勘察结果验证的参考数据。此外,根据模拟结果,由于夏季地埋管流体在设计工况下与土壤的温差值较大,为了使流体尽快达到设计工况点,恒温法测试时应选用较大的功率,否则48 h内的测试值结果与实际值偏差较大。

大跨度空间非等间距喷口送风空调设计方法

针对大跨度空间负荷分布不均匀的情况,在传统射流公式法的基础上,提出了一种非等间距布置喷口的送风设计方案。结合某酒店多功能厅案例,阐述了如何根据房间负荷分布特点进行喷口的非等间距设计,并利用CFD软件对空调区温度场、速度场及热舒适性指标(PMV、PPD、DR(吹风感造成的不满意度))进行了模拟。结果表明,该方案取得了明显的改进效果,同时也验证了非等间距喷口送风设计方法的可行性。

风机盘管加新风系统室内微循环热舒适性研究

随着人们生活水平的提高,医院在提升治疗服务的同时迫切需要改善患者就医环境和医护人员的工作环境。目前,医院建筑中特别是病房广泛应用的风机盘管加新风系统存在温度分布不均匀、吹风感较强、噪音大等问题,导致了患者的室内热舒适性无法得到保障。因此,针对医院病房,探索研究风机盘管加除湿置换新风空调系统,在实际搭建的实验平台基础上建立CFD数值模拟模型,将模拟结果与实验数据相对比,论证了模型的准确性之后,通过CFD模拟的方式,在保证对流换热可以达到室内设定温度的前提下,找到一种新的气流组织形式,这样不仅有效降低室内人员的吹风感和噪音,而且避免了传统置换通风容易出现温度分层、垂直温差过大的问题。

GIL管廊温度分布的数值模拟研究

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)管廊的热环境对线路的安全运行及使用寿命具有直接的影响,有效排除线路的散热可保证管廊合理的温度分布。以青岛市某地下GIL管廊为研究对象进行模拟分析,利用FLUENT软件建立了GIL管廊的物理模型,设定机械进风、机械排风的通风模式,分析冬夏两季正常工况以及非正常工况下管廊内温度的分布规律。通过分析模拟结果得知:管廊受进风温度的影响较大,送风温度越高使得管廊整体温度越高;夏季非正常工况下,出现电缆周围的局部温度过高,不能满足规范“不能高于40℃”的要求,应及时检修维护,尽量避免这种工况发生。研究结果可为GIL管廊通风系统的应用提供理论依据和技术指导。

发展高端产业“双碳”环控技术的思路、机理与措施

高端产业工艺制程不断对高质量的环境控制提出新的要求、新的挑战,引发越来越高的能耗,传统节能降耗措施受到更多的约束,施展的空间更小。“双碳”战略提出了更高要求,本文基于高端产业工艺环境控制的特点与制约因素,介绍了通过多源组合能源提高能源利用效率、改革生产工艺实现高级别微环境与低级别大环境的组合模式、调整实需控制参数与系统解耦实施合理的工艺环境控制、保障工艺制程等方面的典型案例及其理性环控途径,探讨了适合高端产业良性发展的“双碳”环控技术的思路、机理与措施。