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.

区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构开采浅层地热能评价综述

随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参数和地下城市热岛效应两方面总结浅层地热能理论潜力现有研究成果,简述浅层地热能的开发形式,重点针对区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构的适应性评价进行系统综述,从适宜性分区、热交换潜力、满足建筑物能源需求效果三方面建立相应的区域尺度能源地下结构评价体系,以我国山东临朐县和德国巴登-符腾堡州地埋管地源热泵及我国南京大学仙林校区能量桩的区域性研究为案例进行深入分析,归纳当前研究中存在的问题,并对区域尺度能源地下结构的下一步研究进行展望。

严寒地区地源热泵供热系统运行优化研究

地源热泵供热系统在运行控制方案上的优化,是建筑节能降耗的重要途径。以沈阳市ST办公楼地源热泵系统为研究对象,实地调研获取能源系统运行参数,归纳地源热泵的运行特性,锁定实际建筑中地源热泵系统供热现存问题,利用遗传算法寻求地源热泵系统最优运行控制参数。利用TRNSYS模拟能源系统运行,通过比较系统原有的改变机组负载率的控制方案与优化后最优运行控制参数方案的系统耗电量和性能系数,预测最佳控制方案下地源热泵系统的优化效果。结果表明:在最优运行控制方案下,地源热泵系统性能显著提升,系统耗电量降低14.5%,系统性能系数(COP)提升23.8%,热泵机组耗电量降低15.1%,地源热泵系统运行更加高效节能。

大型地埋管群地源热泵三维传热-渗流耦合模拟

为确定地下水渗流对大尺度、多分支埋管集群地源热泵系统换热区温度场和换热特性的影响,基于上海天文馆880个地埋管地源热泵场地,建立考虑地下水渗流和地质分层的三维传热-渗流耦合模型,并利用现场热响应试验对模型进行验证。结果表明:渗流作用引起管群内和支管群之间沿地下水流动方向发生温度干扰,89.5~120.3 m埋深范围内的温度干扰现象相对明显;地下水渗流有利于提高管群的换热总量,缩小夏季和冬季工况的换热量差距;换热量增加百分比随水力梯度的增加而增大,两者呈对数函数关系,当水力梯度大于0.005时,换热量增加百分比趋于平稳。

采用冷却塔补偿的地埋管地源热泵热平衡系统控制研究

采用冷却塔补偿来减少夏季土壤排热量的做法是地埋管地源热泵最常见的一种热平衡措施,但目前与其相适应的控制策略尚不够完善。在此,针对采用冷却塔补偿的地埋管地源热泵热平衡系统,提出一种以效率优先和热量补偿双模式运行的控制策略。这种控制策略明确了冷却塔与地埋管双向切换的条件,可以在保持地埋管地下热平衡前提下提高地源热泵系统的工作效率,并能够自动适应不同负荷特点的建筑物。

粮食平房仓太阳能光伏-地源热泵供冷系统仿真研究与试验

为解决粮食平房仓通风能耗大、储粮成本高的问题,该研究提出太阳能-地源热泵供冷系统,研究太阳能光伏-地源热泵供冷系统在粮食平房仓建筑中的可行性以及节能效果,以实现“零能耗”和“零排放”绿色储粮。基于粮食平房仓实际尺寸,建立了空气源热泵与太阳能光伏-地源热泵供冷系统仿真模型,并通过与仓房实测数据的对比进行了模型验证,从运行性能、光电适配性、经济性、节能以及环保效益等方面对供冷系统进行了分析。结果表明:系统运行1 a后性能系数(coefficient of performance,COP)最大值为4.76,最小值3.3;运行10 a后COP最大值为3.96,最小值3.07;系统年实际发电量与库区用电量之比为192%~270%;投资回收期为7.8 a;与传统空气源热泵系统相比,太阳能-地源热泵供冷系统节能率达59%,研究结果可为粮食平房仓供冷系统优化提供理论依据和设计参考。

中深层套管式地埋管地源热泵系统能效分析

中深层套管式地埋管地源热泵系统的能效受多种因素影响,为保证其高效运行,对其影响因素进行研究尤为重要。本文建立了中深层套管式地埋管地源热泵系统换热器传热模型,采用工程实测数据验证该模型的准确性。基于该模型,量化了一个供暖期内多种因素对系统能效的影响。结果表明:进口水温和岩土导热系数对系统能效具有重要影响,回填材料导热系数对其影响较小;增大循环流量会提高取热功率,但系统能效也随之降低,当循环流量由8.33 kg/s增大至10.56 kg/s时,取热功率提升4.95%,能效下降1.23%;增大外管管径、岩土和回填材料的导热系数能够提升系统能效,但达到一定数值后,对能效提升效果不显著。本研究对中深层套管式地埋管地源热泵系统长期稳定运行及能效提升具有参考意义。

基于改进粒子群算法的中深层地源热泵供暖系统运行优化

构建变工况运行且包含蓄热装置的中深层地源热泵供暖系统,基于改进粒子群算法,分别以运行费用、系统COP和地热能利用系数为目标函数对系统运行进行优化,并对优化结果进行比较和分析。结果表明:对应目标函数优化后的运行费用、系统COP和地热能利用系数分别为279.27元、6.4420和0.8527。以系统COP为目标函数的优化效果与运行费用相反,而与地热能利用系数相近。

基于TRNSYS太阳能地源热泵供暖系统仿真研究

利用DEST建筑能耗模拟软件,对张家口市某建筑进行全年逐时热负荷模拟,利用太阳能和地热能两种可再生能源作为供暖热源,以TRNSYS建立太阳能地源热泵系统仿真模型,在供暖期采用定流量和变流量两种不同的系统运行方式进行模拟分析,分析结果表明,两种供暖系统COP分别为3.74和4.29。采用定流量方式运行时,循环水泵总能耗为9610.87kW/h,热泵机组总能耗为26122.69kW/h,系统总能耗为35733.56kW/h。负荷侧采取变流量方式运行时循环水泵总能耗为6229.89kW/h,热泵机组总能耗为24961.36kW/h,系统总能耗为31191.25kW/h。根据结果可看出,相对于定流量运行,用户侧变流量运行下系统COP提高14.7%,系统总能耗减少14.56%。负荷侧变流量运行下太阳能地源热泵系统整体性能更优。

太阳能—地源热泵式空调自适应模糊PID复合控制方法

为了优化太阳能-地源热泵空调系统的能耗和效率,减少环境因素对稳定运行的影响,提出自适应模糊PID复合控制方法。通过监控管理层上位机采集现场数据信号,并下发开关量信号至PLC控制器,再通过PLC控制器对太阳能集热器、循环水泵和温度进行控制。同时,将模糊PID控制器作为子程序控制循环水泵的频率,温度误差和误差变化率作为复合控制器的输入,通过模糊化处理输入信号,调节PID控制的相关参数,输出控制变频器频率的信号,以调节水泵电机的运转速度,精准控制室内温度。实验结果表明,该方法能提高太阳能的利用率,具有较好的抗干扰性能和较高的制冷、供暖性能系数,可实现高效的节能效果。

严寒地区跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统研究

土壤热失衡问题会导致热泵性能下降.为解决这一问题,以大庆市某办公建筑为例,利用瞬态系统模拟软件TRNSYS对跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统进行采暖及制冷10年的数值模拟.结果表明:太阳能-地源热泵系统其土壤初始温度降为4.50℃,而跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统的土壤温度升到6.63℃.同时,太阳能-地源热泵系统的热泵平均COP为3.2,跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统的热泵平均COP为3.28,同比上涨2.5%.此时总耗电量减少4.44%,全年运行费用降低了5.54%,费用年值减少了1 257.69元.由此可见,跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统不仅可以有效缓解土壤热失衡问题,还能提高寒区地源热泵的性能并且减少能耗,经济性能好.

河北省某高校地源热泵系统地温场监测与分析

为了掌握地源热泵地埋侧土壤的吸热放热特性,以某高校地源热泵供暖供冷为例对地埋侧土壤的吸热放热特性进行了研究,对6口地埋井在纵向按照每10米一个测点进行了温度监测,经过1a的监测数据分析得出,热泵系统一年内向地下的净排热量为10560.1GJ,热不平衡率为61.8%,存在热累积现象。分析了岩土体在供暖季、过渡季、制冷季的温度变化情况,换热区域地层平均温度升幅在1.65-2.24℃之间,平均累计上升1.89℃,为该地区同类项目的开发具有一定的借鉴作用。

基于热平衡原理的地埋管地源热泵系统开发利用规划评价

为了保障海门地区地埋管地源热泵系统的可持续开发利用,科学合理设计地埋管地源热泵系统布置方案,准确评价系统的浅层地热能可采资源量,根据研究区水文地质和浅层地热地质条件,基于热平衡原理,建立了海门地区地埋管地源热泵系统水-热三维耦合数值模型,预测分析了未来地源热泵系统运行期间不同布置方案下浅层土体温度场的动态变化规律。通过对比分析,针对出现的热堆积问题,确定了克服土体热堆积的地埋管优化布置方案,评价了研究区地埋管地源热泵系统的浅层地热能可采资源量。结果表明,海门地区地埋管地源热泵系统开发可分为6个区,各区地埋管间距在29~39m,能够保证未来运行10a内土体温度升幅不超过0.5℃,地热能可持续开采。在此方案下,研究区地埋管地源热泵系统可采资源潜力夏季为3.851157×10^(4)m^(2)/km^(2),冬季为7.586812×10^(4)m^(2)/km^(2)。

基于实际工程的地埋管地源热泵回填材料导热性能差异分析

为研究实际工程应用中回填材料导热性能差异,以郑州市浅层地热能示范工程为研究对象,通过现场热响应试验、地温监测、数值模拟对中细砂、中细砂+水泥、中细砂+膨润土、原浆四种常见回填材料导热性能进行分析.研究结果表明:原浆的平均导热率最低为1.83 W/(m·℃),中细砂的平均导热率最大为2.17 W/(m·℃);同时中细砂排热和取热下单位深度换热量也为最大,分别为48.52 W/m和47.38 W/m.夏季制冷时中细砂+水泥材料温度仅升高0.0002℃,远低于中细砂材料温度升高;而冬季供暖时,四种材料的温度下降值相近,最小为4.2842℃.基于数值模拟结果,中细砂放热和吸热工况下热影响半径最小,为分别5.5 m和6 m;同时,岩土体温度增温速度由大到小为中细砂、原浆、中细砂+膨润土、中细砂+水泥.因此,中细砂导热性能最好,可作为研究区域地埋管地源热泵回填材料的首选.研究成果为场地条件相似地区地埋管地源热泵回填材料选择提供依据,并对推进郑州地区能源绿色低碳发展具有一定参考意义.

中深层地埋管地源热泵复合热源系统优化研究

为提升中深层地埋管地源热泵系统经济性,以沈阳某工厂改造项目为例,以“地源热泵+电锅炉”的复合热源系统为对象,建立复合式中深层地埋管地源热泵系统的多维评价算法,耦合地埋管、关键设备和负荷特性,分析设计参数对能耗、减碳量和净现值等指标的影响。结果表明:碳排放随电力碳排放因子下降而逐年降低;热泵负荷占比越大,减排潜力越大;当热泵负荷配比为0.62,钻孔深度为2900 m时,相对净现值达到最大值(44.6×10^(6)元),相对原系统节省4976.4吨标准煤。

中深层地源热泵多能互补供热系统运行特性的理论研究

将中深层套管式地埋管换热器模型与TRNSYS耦合,在该模型基础上与太阳能集热器-水箱、燃气锅炉组成多能互补供热系统,模拟该系统与建筑负荷之间的匹配关系,分析运行控制策略对系统运行特性的影响。研究为中深层地源热泵多能互补供热系统工程实践提供一种可行方案。

地埋管地源热泵技术在大型公共建筑群的应用研究

地埋管地源热泵技术的使用场所一般为单栋商业建筑,在大型公共建筑群中的使用较少。本文以高校为例,研究地埋管地源热泵技术在大型公共建筑群的应用,对系统关键技术和运行数据进行研究分析,对地埋管地源热泵技术的推广提供有效的参考及建议。

我国地源热泵复合系统的研究与进展

地源热泵系统以地热能为冷热源,具有性能系数高、运行费用低、对环境无污染等特点,但单一地源热泵系统的长期运行会产生冷热负荷不平衡问题,使其不能满足原本的供暖要求,可以采用地源热泵复合系统。对我国现有的地源热泵复合系统进行整理分析,介绍太阳能、空气源、冷却塔与地源热泵相结合的复合供暖系统,阐述各个系统的应用场合及对应的优点,总结并指出系统局限性,为地源热泵复合系统的应用提供参考。

浅谈地源热泵土壤热失衡现象及缓解方法

地源热泵是一种利用浅层地温能的既可供暖又可制冷的高效节能的空调系统,具有良好的发展前景。而目前,由于地源热泵系统在运行过程中会土壤热不平衡,已成为制约其高效、可持续运行的主要因素。因此,本文在对地源热泵技术及其优势进行全面综述的基础上,根据地源热泵系统对冷热负荷要求的不同,介绍了复合式地源热泵系统和地源热泵系统控制策略及运行策略,在保证地源热泵系统高效运行的基础上,缓解其在运行过程中土壤热不平衡的现象。

地源热泵在建筑暖通空调设计中的应用研究

文章分析了地源热泵的优势以及在建筑物暖通空调设计过程中的应用系统分类,并将实体工程项目作为分析案例,提出了具体的设计方法以及使用地源热泵系统之后的综合效益,旨在为我国新时期的暖通空调设计提供一定的理论参考依据,发挥出地源热泵的最大价值,践行我国的可持续发展目标。