GSHP机组数学建模及仿真应用

为实现地源热泵(Ground source heat pump,GSHP)系统仿真平台的建立,基于GSHP机组的机理知识和样本数据采用多元非线性回归方法,建立GSHP机组半经验数学模型,开发GSHP机组仿真模块Type223,并通过仿真分析,验证了模块的准确性。利用Type223模块搭建了GSHP系统TRNSYS(Transient System Simulation Program)仿真平台,研究了变频控制下地源热泵系统地源侧变流量的运行特性。结果显示:相对于定流量系统,变流量系统的GSHP机组运行能耗有所增加,但地源侧循环泵的运行能耗大幅度降低,整个制冷期地源侧总能耗的节能率可达7.99%。

GSHP垂直埋管换热性能影响因素分析

地下埋管换热器是地源热泵空调系统的核心部分,其换热性能的好坏直接影响地源热泵的工作效率和经济性能。本文结合了近些年来国内外对地下换热器的实验和模拟研究成果,对影响其换热性能的主要影响因素进行全面的分析,旨在为地源热泵系统的优化设计和运行提供科学的参考依据。

主动式热平衡NG-CHP与GSHP耦合分布式系统集成研究

针对浅层地热能应用过程中尚未解决的热平衡控制、天然气基分布式能源系统含硫低温烟气余热无法回收利用两个关键问题,基于能的综合梯级利用以及主动式热平衡思想,提出基于主动式热平衡集成机理的燃气轮机与热泵耦合一体化应用分布式热电联产系统,借助新型集成方式将含硫低温烟气余热回收与土壤源热泵一体化应用,不仅同时解决含硫低温烟气余热回收以及热失衡问题,并大幅提高系统热力性能与系统运行稳定性。采用流程模拟软件Aspen-plus完成新型系统以及参比系统性能对比计算,计算结果表明,较之参比系统,该新型系统总能系统效率达到82.7%,较参比系统73.8%,提高8.9个百分点;?效率为28.8%,较参比系统25.8%,提高3个百分点。该新型统的集成方法与思路为中低温烟气余热的高效应用提供一种新解决途径。

地下冷热储能系统热力分析

从热力学和传热学的角度,分析了地下冷热储能系统的特性,并与地源热泵系统进行了比较。地下冷热储能系统主要是被动供冷或供热,具有更高的能效。因此,需要提高储存能量的品质以达到被动利用的水平,并采用合适的末端放宽用户侧对能源品质的要求,以达到提高储能效率和能源利用率的目的。而构置地下冷热储能过程的冷热分层或分区在最大程度上保持了储能过程的能源品质,同时也强化了传热。

光伏光热-地源热泵耦合供热系统研究现状

光伏光热-地源热泵耦合技术是一种有效利用可再生能源的方式,可以克服单一能源的局限性。本文对光伏光热-地源热泵耦合供热系统(PV/T-GSHP)的相关研究进行回顾,总结梳理耦合供热的系统形式和运行策略,归纳PV/T-GSHP系统相较于光伏电池(PV)和传统地源热泵(GSHP)的性能优势。PV/T-GSHP系统能有效降低光伏电池背板温度,提高光伏电池发电效率和地源热泵性能系数。PV/T-GSHP系统的COP处于4-5.5之间,发电效率处于6%-19%之间。

西部高寒地区太阳能-地源热泵联合供热系统分析

为研究太阳能-地源热泵联合供热系统在西部高寒地区应用的可行性,以榆林市一典型农村住宅为例,利用TRNSYS(Transient System Simulation Program,瞬时系统模拟程序)软件对联合供热系统进行模拟研究。研究结果表明:PV/T-GSHP(Photovoltaic/Thermal-Ground Source Heat Pump,光伏/光热-地源热泵)联合供热系统、ST-GSHP(Solar Thermal-Ground Source Heat Pump,太阳热能-地源热泵)联合供热系统在第20年末的土壤温度相比初始温度分别仅升高1.51℃,1.89℃,传统GSHP(Ground Source Heat Pump,地源热泵)供热系统则降低了3.09℃,年平均系统性能系数分别为4.39,4.62和3.03;ST-GSHP系统与PV/TGSHP系统、GSHP系统和燃煤、燃气、燃油、电热锅炉所消耗的一次能源消耗量相比分别节约5%,36%,60%,50%,34%和49%。2种联合供热系统在该地区均取得较好的供热效果,但ST-GSHP系统供暖模式的运行性能更佳。

大规模地埋管换热器参数化建模与分析

为突破阻碍建筑群浅层地热能开发的技术问题,促进地源热泵的进一步应用,利用COMSOL软件建立垂直埋管换热器—热泵机组—建筑负荷全耦合模型,结合地源端、设备端、建筑端对运行性能影响因素进行参数化建模。采用COMSOL与MATLAB联合仿真,对其进行准确性验证,表明该评估方法得到的结果准确可靠,各参数的整体拟合度均在95%以上。

以地热能为主的复合式能源站项目设计管理要点

复合式地源热泵能源站作为目前绿色低碳能源地热能运用的一种形式,为“碳中和”做出了很大的贡献,相应的项目设计管理为项目的顺利实施和经济性提供了保障。论文对复合式地源热泵能源站的设计管理准则、设计管理特点、规划设计重点和设计变更的管理等方面进行了阐述,提出了优化此种项目设计管理的方法和建议。

考虑土壤热量排取平衡的区域综合能源系统优化调度

针对地源热泵冬夏运行时长不均导致的土壤热失衡问题,提出考虑土壤排取热量平衡的区域综合能源系统优化调度方法。首先,根据地源热泵冬、夏季节运行特性,计算土壤年度排取热量不平衡率;其次,通过提高供冷季地源热泵使用时长以增加土壤排热量,确保地源热泵全年取排热量平衡;最后,构建了双层优化模型,上层模型以冬季系统运行成本最优,安排地源热泵出力,下层模型以系统夏季效益最优,考虑土壤取排热量平衡等约束优化地源热泵出力。仿真算例表明所提方法有效解决了土壤热失衡问题,系统能效得到提高。

湿土壤含湿特性对传热影响研究

针对于地源热泵地能换热系统在具有热源条件下土壤热湿迁移现象,进行了初步分析和实验,并对模拟计算应用可行性进行了认证。土壤含水静态传热实验,目的在于探讨土壤含湿程度对传热能力的影响,以及地下含水程度对换热区域换热性能的影响。研究土壤不同含水率情况下的传热性能,从而推断含水率在工程中的影响程度。

地埋管地源热泵系统冬季运行测试研究

对武汉市清江花园小区地源热泵空调系统2007—2008年度冬季的运行情况进行了测试,分析了机组与系统的性能系数、地下土壤温度、地埋管换热量以及机组进出口水温等参数的变化。计算结果表明,在武汉地区(夏热冬冷地区)使用地源热泵系统节能效果显著。

地源热泵地埋管换热器传热研究(1)：综述

综述了地源热泵地埋管换热器传热问题分析解、数值解的研究情况,分析了埋管之间的热干扰、管井回填材料、土壤含水量以及埋管内循环流体流量对地源热泵运行特性的影响,总结了当前研究的不足,指出了下一步研究的方向。

地温规律及其可恢复特性增强传热研究

利用间歇过程 ,恢复地下温度 ,弥补土壤传热慢特点。在地源热泵地能应用中 ,提高地下换热能力 ,减少井数 ,最大地发挥每一换热单元的换热能力。实验是在建造的两口分别为 10 0m和 2 0 0m竖直换热井的地源热泵系统上完成 ,并分别进行了自然状况地下温度分布、连续运行地温变化规律和间歇性地温变化规律的试验研究工作。着重对间歇性恢复过程地温变化趋势进行了研究。间歇时间可以改变温度变化规律和趋势 ,实现更佳的热泵运行工况。因此 ,文中提出的可控间歇技术对未来发展利用地能供热供冷系统具有重要意义和应用价值。

U型管埋地换热器三维传热模型及实验对比分析

针对U型管埋地换热器的传热特点,考虑了两管脚之间的相互影响,建立起非稳态传热模型。采用数值解法对该理论模型进行了求解,并将结果与实验值进行了对比分析,发现两者变化趋势一致,但理论计算结果比实验测试值低,其中的一个重要原因是因为换热器与土壤间的热交换不是纯导热过程,还应该进一步考虑土壤中热湿迁移等因素的影响。

浅层地温能开发利用对地质环境影响程度的探索性研究

结合已施工的浅层地温能资源开发利用工程,在收集分析地质、水文地质和地源热泵项目资料基础上,建立了地源热泵监测系统,即地下水地源热泵系统监测站、地埋管地源热泵系统监测站和20个地源热泵系统监测点。通过布设温度传感器以及数据采集装置,对地源热泵系统进行动态监测,采用GPRS无线传输系统实现监测数据的远程传输。对所监测的数据进行分析,进而评估浅层地温能资源的开发利用对地质环境的影响程度,认为土壤温度场变化与深度存在一定的相关性,且地温的变化与系统的换热功率相关。

地源热泵地埋管换热器传热研究(2):传热过程的完全数学描述

建立了管内流体换热和土壤换热的耦合模型,并在此基础上建立了与地面热泵模型耦合的地源热泵系统仿真模型。给出了边界条件和计算参数的确定方法,计算参数包括:流体与管内壁面的表面传热系数、地面的表面传热系数、大气温度、不同埋深土壤温度、多孔介质土壤有效导热系数。

太阳能+地源热泵并联热水系统冬季运行特性研究

利用笔者设计的太阳能+地源热泵并联热水系统实验平台,研究了该系统在冬季太阳能辐照量不足的情况下的运行特性。结果表明,采用太阳能+地源热泵并联热水系统不但可以满足学生公寓对生活热水的需求,而且总体效率保持在4.0以上,其中地源热泵系统在日均运行时间达16h的冬季依然保持着较高的性能,其COP值均值为3.0。太阳能+地源热泵并联热水系统在冬季宜采用地源热泵为主热源、太阳能为辅助热源或完全采用地源热泵制热的运行模式。

严寒地区太阳能—季节性土壤蓄热热泵供暖系统的模拟研究

为了缓解在严寒地区长期应用土壤源热泵系统(GSHP)进行供暖所出现的系统供暖性能系数逐渐降低、出力不足等问题,同时考虑到冬夏太阳能资源的不均匀性,着重介绍了太阳能季节性土壤蓄热热泵供暖系统(SAG- SHP)以及系统冬、夏两季的主要运行模式,并建立了系统各个部分的数学模型,确定了系统各运行模式的转换条件。在上述基础上,分别对SAGSHP和GSHP供暖系统进行了瞬态数值模拟,并对比分析了这两个系统的全年运行特性。由分析可知,SAGSHP能保持土壤温度场以年为周期的热平衡,同时可以提高系统的供暖性能系数以及供暖可靠性。

地源热泵U型埋管换热影响因素的数值模拟与分析

用GAMB IT软件建立了单U形管换热器与周围土壤换热的物理模型并进行了网格划分,用FLUENT进行了数值计算,分析土壤的导热性能、回填材料的导热性能、换热器进口水温及流速大小、钻井深度、管腿中心距和换热器管材等因素对换热器性能的影响,得出了一些对工程实践有用的结论。