严寒地区太阳能-土壤源热泵复合系统运行特性研究

在极端寒冷区域通过增加辅助供热手段即引入太阳能,巧妙利用过渡季节的太阳能资源对土壤进行预热储存,进而在冬季时增强系统整体的运行效率与能源利用率,从而应对土壤源热泵系统在极端寒冷区域因为面临冷热负荷显著失衡导致系统的能效直接被削弱的问题。负荷模拟研究案例选定沈阳市一幢典型3层办公建筑,采用瞬态系统模拟软件计算15年全生命周期内太阳能-土壤源热泵复合系统的运行特性。该系统会有效提升土壤温度,冬季系统COP增幅6.7%,全年增幅3.8%,验证了通过蓄热方式减少地埋管数量的可行性。为降低系统总成本,对太阳能集热器面积和地埋管数量进行匹配及优化,提出了不同集热器和地埋管成本的最优组合,给出适用于严寒地区的土壤源热泵系统并应用于严寒地区土壤源热泵系统的方法与策略。

基于TRNSYS模拟土壤源热泵长期运行效果研究

为了分析土壤源热泵长期运行能效及适用情况,针对间歇运行的情况下土壤源热泵对周围环境,尤其是地下土壤温度的影响开展了研究。通过对太原市某办公楼进行建模,利用TRNSYS软件搭建土壤源热泵系统,并模拟房间温度、建筑负荷、设备选型、分析热泵机组COP、地埋管进出水温度变化。进而对该项目进行运行10年效果预测,发现系统运行10年土壤温度由11.2℃降低到8.47℃,埋管进水温度与出水温度均降低。且夏季热泵机组COP升高,冬季热泵机组COP降低,进而分析地源热泵长期运行效果。

基于PSO-MSVR的太阳能耦合土壤源热泵系统优化配置

为了优化太阳能耦合土壤源热泵系统(SGSHPS)的配置,以沈阳地区办公建筑为例,基于TRNSYS平台建立了不同运行模式的SGSHPS模型,对比分析不同模式下系统运行30 a后土壤温度不平衡率和系统总能耗;以并联过渡季蓄热模式为对象,对不同的太阳能集热系统和地埋管换热器组合方式进行模拟;在保证系统稳定的前提下,以动态费用年值最低为目标,优化太阳能集热器面积和地埋管换热器钻孔数的配置方式;引入粒子群优化-多输出支持向量机回归(PSO-MSVR)算法,使用PSO算法生成MSVR模型参数并寻找最优值。结果表明:与采用传统热平衡法确定的配置方式相比,优化后运行30 a的系统能耗降低379522 kW,节能11.2%,费用年值降低61863元,土壤温度仅上升0.73 K;对于不同的太阳能集热器和地埋管换热器造价,优化后费用年值相较优化前仍有不同程度的节省,且土壤温度均未有较大偏移。

温室太阳能跨季节蓄热-土壤源热泵耦合供暖运行特性

针对温室采用土壤源热泵供暖存在土壤热失衡明显、土壤温度和供暖能效逐年降低的问题,该研究在112 m^(2)玻璃温室建设了耦合太阳能跨季节蓄热的土壤源热泵供暖系统,通过两个供暖周期试验,对热泵机组的运行、土壤热失衡、太阳能跨季节蓄热以及太阳能直供-土壤源热泵耦合供暖的运行特性进行深入分析。结果表明,在土壤源热泵供暖结束后,工作井温度下降2.40~2.97℃、监测井土壤温度下降0.60~1.00℃,土壤热失衡问题突出;太阳能跨季节蓄热使得监测井土壤温度较初始地温上升约0.2℃,有效解决了土壤热失衡问题;耦合供暖时太阳能直供可承担11%的热负荷,使得温室供暖能效系数从上一年度的2.79提升至3.19,提高了14.3%,节能效果明显。该研究揭示了供暖系统全年度和典型工况下的运行特性,实证了耦合太阳能解决土壤源热泵热失衡问题的可行性和高效性,并给出了系统高效运行主要操作参数的推荐值,为温室供暖相关研究与工程应用提供案例参考和数据支撑。

土壤源热泵地埋管侧水系统优化运行研究

本文基于江苏无锡某典型厂房土壤源热泵空调项目的实测数据,以地源侧系统总能耗最低为目标,构建设备模型对地源水泵运行工况进行优化,并与两种传统控制策略的运行效果进行对比,据此提出进一步的优化建议。结果表明:基于负荷的优化控制策略,其节能效果要明显优于定频控制策略,冬夏季典型测试日平均节能率分别为28.33%和13.27%,相比于5℃温差变频策略节能了3.61%和2.21%。适当增大地埋管的埋管深度或管径,可以进一步提升该优化控制策略的节能效果。传统的定温差控制策略在负荷率大于60%时,可在5℃基础上将温差增加1~5℃以提升节能效果。

跨季节土壤蓄冷-土壤源热泵系统长期运行特性实验研究

为解决土壤源热泵在长期运行条件下土壤热失衡导致的运行效率下降问题,针对夏热冬冷地区的特点,提出一种利用室外风机盘管将冬季或过渡季室外空气中的冷量存储于土壤中的跨季节蓄冷-土壤源热泵系统。利用地埋管换热系统的相似模型实验台,进行了系统运行3年的供冷、供暖、蓄冷工况实验,综合分析了埋管进出口水温、气温、土壤温度、土壤及埋管换热量、单位埋深换热量等参数,研究系统的长期运行特性。研究显示:3年的土壤平均温度分别上升0.14℃、0.22℃、0.20℃,总体来说升高幅度较小;蓄冷时的室外气温越低、土壤与室外空气的温差越大,蓄冷效果越好;埋管进出口平均温差、土壤平均温度变化、土壤换热量、埋管换热量、单位埋深换热量的大小关系一致。研究结果表明,跨季节蓄冷维持了土壤的长期热平衡,系统的长期运行效果较好。

土壤源热泵夏季制冷对土壤碳含量影响的实验研究

通过搭建土壤源热泵夏季制冷向土壤输送热量实验台,使土壤温度升高,当土壤热扩散半径为1m、2m时,取1m、2m处土样测单位质量土壤有机碳含量、总碳含量和无机碳含量,分别与对照组即同时间段且没有人为加热自然状态下的土壤样品的有机碳含量、总碳含量和无机碳含量做对比,得出土壤作为空调冷源温度升高时土壤碳含量下降、且对土壤有机碳含量的影响比对土壤无机碳含量的影响显著的结论。

太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究

针对青岛地区的气象条件 ,对太阳能—土壤源热泵系统联合运行的各种模式进行了模拟计算 ,并与土壤源热泵作了比较。结果表明 ,与土壤源热泵相比 ,联合运行各模式具有明显的节能效果 ,其节能率在 12 %以上 ,可作为实际工程设计。

中国地区土壤源热泵系统研究进展评述

综述了土壤源热泵系统地埋管换热器传热问题求解现状,分析了土壤源热泵系统仿真方法、模型建立的发展情况以及长期运行性能研究状况,最后,介绍了土壤源热泵系统新的发展—复合土壤源热泵系统,总结了当前研究的不足,指出了下一步研究的方向。

太阳能-土壤源热泵耦合运行热平衡研究

为了进一步提升北方地区土壤源热泵全季节运行效果,设计了太阳能与土壤源热泵耦合系统,以温度控制启停,实现太阳能储热水箱适时换热补热;并设置监测井,通过热响应试验测量全周期土壤温度,数据结果表明,所设计系统可有效解决寒冷地区土壤源热泵系统浅层土壤温度逐年下降的问题,且太阳能集热器的集热面积与供暖建筑面积之比为1∶14时浅层土壤温度可达到热平衡,实现供暖供冷系统稳定可靠、能效高、运行费用低的效果,对于土壤源热泵在北方寒冷地区的推广应用具有参考意义。

严寒地区土壤源热泵系统热平衡问题研究

土壤源热泵系统在严寒地区应用会出现土壤热失衡问题,进而造成热泵机组运行效率会越发降低,并且土壤温度的降低会影响环境,造成环境污染。本文利用TRNSYS软件对土壤源热泵系统在严寒地区的应用进行模拟,模拟系统运行20年间土壤温度变化、系统COP变化。并对影响土壤温度变化的因素进行模拟分析,可为土壤源热泵系统在严寒地区的应用提供参考。

暖通专业土壤源热泵一体化系统设计原理与实践

本研究深入探讨了暖通专业中的土壤源热泵一体化系统的设计原理和实践应用。新型的环保节能设备,土壤源热泵,在暖通领域能为能源减排做出重要贡献。关于设计原理,需要了解的就是它的运作方式和系统构造,诸如散热管长短,设计工况等方面的关键因素同样不能忽视。在实践应用方面,我们根据设计原理在实际工程中设立了一套土壤源热泵一体化系统。经过长期运行和数据监测,这个系统稳妥运行,有效减省能源,从某种程度上证明了土壤源热泵一体化系统技术的实用、可行。此项研究有希望引导和推动暖通行业向绿色、低碳的方向发展。

土壤源热泵系统热平衡问题的讨论

土壤源热泵具有节能与环保的特点,近年来发展迅速,但在应用中存在冷热负荷不平衡的不利因素。这种不平衡会导致热堆积,引起整个系统性能的降低。本文介绍了针对不同情况的解决方法,如冷却塔辅助散热装置,太阳能-土壤源热泵混合系统等。并提出了亟待解决的新问题。

寒冷地区土壤源热泵冷热源系统设计方案研究

针对由于空调建筑全年所需的冷量和热量的不均衡性,使得土壤的年吸、释热量不平衡,从而将导致系统在连续多年运行后,热泵机组的运行效率不断下降,甚至会出现停机现象,该文以北京地区某一建筑的土壤源热泵系统为例,提出了增加辅助散热设备一冷却塔的设计方法,并利用 TRNSYS 模拟软件对冷却塔与埋管换热器的不同连接方式,即串联和并联,进行了模拟计算,得出了可保证土壤源热泵系统长期高效运行的各种设计方案,为在寒冷地区正确设计土壤源热泵系统提供了具体的解决办法。

基于热平衡的土壤源热泵系统特性分析

针对不同负荷不平衡率时地下埋管换热器的传热特性展开研究,提出采用辅助冷热源、盘管排数调节等策略建议,以期土壤源热泵系统的高效运行.此外,还建议将地下埋管换热器安装在地下水丰富地区,亦可以减轻土壤全年热不平衡所带来的问题.

基于TRNSYS的土壤源热泵热平衡问题的影响因素分析

夏热冬冷这种冷负荷占优地区,若由土壤源热泵系统承担所有的空调负荷,则会造成全年土壤取放热量的不平衡,从而出现常年运行后土壤温度的逐渐上升,降低系统夏季的运行效率,不利于系统持续稳定高效的运行。为此首先利用模拟软件TRNSYS搭建土壤源热泵系统模型,对土壤源热泵系统长期运行性能进行模拟分析,从冬夏累计负荷比、埋管间距、埋管深度、土壤导热系数、回填料导热系数这几个影响因素出发,研究土壤源热泵长期运行的热平衡问题,以期对土壤源热泵系统的合理应用和发展提供支持。

混合式土壤源热泵系统的研究现状及展望

由于土壤源热泵系统单独长期运行存在土壤热失衡的问题,为此本文详细分析了土壤源热泵系统产生土壤热失衡的原因。并以此阐述了针对土壤热失衡问题而广泛采用的混合式土壤源热泵系统,并就其研究与发展现状进行了综述。介绍了混合式土壤源热泵系统的工作原理、运行模式、功能及系统优势。指出了目前该系统研究与应用中亟待解决的关键技术问题。最后对混合式土壤源热泵系统进行了建议和展望。

太阳能-土壤源热泵耦合系统及其地埋管系统

建立了太阳能-土壤源热泵耦合型热水系统实验平台,研究了在秋冬季不同运行条件下该系统的运行特性,分析了地下埋管系统中钻孔回填材料、U型管工作模式、套管内循环液流动模式、套管外管与内管的导热系数比等对系统制热效果的影响。研究表明,太阳能土壤源热泵系统在国内亚热带地区可以获得良好的应用,并给出了埋地换热器的合理形式。

土壤源热泵夏季运行特性的实验研究

根据对土壤源热泵夏季运行性能的实测,对夏季制冷工况的启动运行特性与间断运行特性进行了实验研究。实测结果表明,南京地区土壤源热泵夏季运行的启动时间为8～9h,其单位埋管放热量为44～49 W/m,平均传热系数为3.4W/(m·℃)。同时,采用可控间断运行方式可以在有效降低地下土壤温升率及机组进口温度以改善机组运行性能的同时,提高单位埋管的换热能力,从而更有利于提高浅层地热能的利用效率。

寒冷地区土壤源热泵系统供暖运行特性研究

建立了土壤源热泵系统各部分的数学模型,其中对地埋管换热器热阻的求解采用边界元法。结合寒冷地区的气候特点和供暖要求,对供暖系统运行特性进行模拟研究。在实地建造的土壤源热泵系统运行过程中,利用专门研制的测试装置对其供暖运行特性进行测试,并将实验结果与模拟结果进行对比分析。分析结果表明,系统各项性能的模拟结果和实验结果偏差不超过4%,从而证明了所建立的土壤源热泵系统的数学模型和模拟程序的正确性,可较准确地模拟出土壤源热泵在寒冷地区冬季供暖的动态工况。