太阳能-地源热泵复合系统的性能分析及优化

以应用于西安市周边地区农村住宅的太阳能-地源热泵复合系统为研究对象,利用TRNSYS软件对该复合系统进行建模。首先,对复合系统中主要部件的参数计算方式进行了详细阐述;其次,对复合系统中的太阳能集热器倾角与蓄热水箱容积进行了分析;最后,从太阳能集热系统集热量、地源热泵系统能耗及能效比(COP)等角度对复合系统的运行工况进行优化。研究结果表明:在整个供暖期,在集热器倾角为52°、蓄热水箱容积为0.45 m^(3)时,整个复合系统的总能耗最低;优化后的复合系统的总能耗为1089.6 kWh,地源热泵系统在运行期间的平均COP为3.5371,太阳能集热器的累计集热量为327.3 kWh。研究结果为西安市及其周边地区应用太阳能-地源热泵复合系统的设计及优化奠定了基础,对实现碳达峰及碳中和目标具有重要意义。

太阳能-地源热泵复合系统在医疗建筑中的应用分析

太阳能-地源热泵复合系统具有良好的节能效果和运行特性,本文利用TRNSYS分析其应用于山东某医院综合楼的可行性,并分析其与常规系统(城市热网配套+冷水机组)的全寿命周期成本。分析结果表明,太阳能-地源热泵复合系统的全寿命周期成本比常规系统节省26.4%,在2.16年之后,太阳能-地源热泵复合系统经济性优势明显。

太阳能-地源热泵复合系统在温室大棚的应用

本文通过分析太阳能-地源热泵复合系统在温室大棚中的应用,介绍了太阳能-地源热泵复合系统的特点与形式,并且结合实际工程案例,总结了太阳能-地源热泵复合系统在设计中应注意的问题,包括太阳能集热器容量的确定,系统的控制策略等。分析表明,太阳能-地源热泵复合系统不仅需要精确的设计计算,还需要制定合适的运行控制策略,否则太阳能季节性蓄热系统能效比大大降低。

青山中学太阳能-地源热泵复合系统设计

通过青山中学太阳能-地源热泵复合系统的设计实例,探讨了学校供热、制冷的特点,详述了冷热源的选择及系统的控制方法,分析了系统的初投资和运行费用,以求达到降低设备投资节省运行成本的良好效果。

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。

热风直供型太阳能空气源热泵复合系统的供暖效果研究

发展太阳能复合热泵技术,能有效克服太阳能供暖装置制热性能因时间空间变化而造成波动性较大的问题,从而实现较稳定、低耗能供暖,但不同形式的复合供暖系统都存在一定程度的优缺点。结合北方农村地区用热需求,提出一种太阳能空气集热器与空气源热泵相结合双模式运行的太阳能复合热泵供暖系统,并给出了系统的运行方式和控制策略,对系统的组成结构和能耗情况进行了分析,系统利用太阳能直通管式集热器加热空气后直接送往负荷房间、太阳能辅助热泵、设置水箱储存太阳能热量来承担夜间热负荷的方式,充分使用太阳能资源替代其他类型能源供暖,实现绿色低碳供暖。并利用Airpak软件对供热系统的室内供热效果进行模拟,结果表明,室内温度普遍位于20℃以上,大部分区域的风速小于0.2m/s,室内PMV平均在-0.1左右,人员热舒适性较高。

夏热冬冷地区办公建筑空气源热泵与太阳能复合供暖系统运行特性

为推进高效节能供暖方式,缓解夏热冬冷地区集中供暖时能源限制问题,以成都典型办公建筑为例,结合当地气候和建筑特点,在太阳能资源基本处于三类地区的条件下,提出以空气源热泵(ASHP)为主、太阳能光热光电为辅的高效复合供暖系统。利用TRNSYS、Dest等数值模拟软件,建立此复合供暖系统仿真模型,分析夏热冬冷地区供暖季复合热泵系统的运行特性。结果表明:以空气源为主、太阳能为辅的复合热泵系统,可实现热量和电力的补给,不仅可以改善热泵运行性能系数COP,还可以确保电池保持较高的光电转换效率;与太阳能供暖系统相比,可避免太阳能供暖系统的运行不稳定、舒适性较低等问题;与传统的ASHP系统相比,复合供暖系统的制热性能系数提高了44.0%,能耗降低了28.9%,且每年可减少碳排放28.9%。

基于模糊层次分析法的太阳能-空气源热泵复合供暖系统多目标优化

为减小太阳能空气源热泵供暖系统的综合成本和碳排放量,提高热泵运行效率及太阳能使用率,提出一种基于模糊层次分析法的多目标优化设计方法。采用TRNSYS,搭建复合供暖系统仿真模型,通过参数化分析选出7个系统参数作为优化变量,提出复合供暖系统综合评价指标,运用模糊层次分析法确定每个因素的权重并定义综合目标函数并通过正交试验法得到最终优化方案。通过仿真试验对比复合供暖系统优化前后的运行性能,验证了该优化方法的有效性。

太阳能-地热复合供热系统设计优化与运行特性分析

针对济南市某住宅小区搭建太阳能-地热复合供热系统仿真模型,探究系统的最佳设计参数和运行策略。太阳能集热器布置面积对复合供热系统运行性能影响显著,布置面积达小区住宅楼屋顶总面积的40%时,地埋管平均出口温度为14.70℃,可以实现供暖系统的长期稳定运行。由于复合系统偏重于非供暖季蓄热工况,其最佳倾角范围为20°~30°。与同时加热地埋管出水和低温尾水以及只加热地埋管出水的运行模式相比,太阳能只加热系统低温尾水进行联合供热的串联运行模式表现最为优异,地埋管出水温度最大提升2.60℃和4.65℃。

太阳能-土壤源热泵复合系统的研究现状

阐述了太阳能-土壤源热泵复合系统的工作原理、运行模式、功能及技术优点,详细介绍了太阳能-土壤源热泵系统国内外研究与发展现状,并指出了目前太阳能-土壤源热泵系统研究与应用中有待解决的关键问题。

太阳能-土壤源热泵复合系统串联运行模式试验研究

阐述太阳能-土壤源热泵复合系统的工作原理以及运行模式,对复合系统串联运行时水箱分别作为热缓存器(模式一)和热蓄存器(模式二)进行试验。结果表明,2种运行模式各有其独特之处,但是从能源利用角度来讲,模式一的太阳能利用率明显高于模式二,系统的COP(2.30)也大于模式二(2.09)。

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。

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。

太阳能-土壤复合式地源热泵供暖的实验研究

在所建立的太阳能-土壤复合式地源热泵实验台上,进行了单眼埋管井取热土壤源热泵供暖(模拟埋管面积不够的情形)和复合式地源热泵供暖的实验研究。结果表明,热泵机组从单眼埋管井取热时,冷凝器出水温度只有35℃左右,并且机组运行一段时间后,蒸发器出现结冰现象,造成了压缩机连续启停的不稳定工况;复合式系统运行时,蒸发压力始终保持在较高的水平,冷凝器出水温度达到43℃左右,可以满足风机盘管冬季工况的要求,复合式系统的机组平均制热性能系数为3.7。

太阳能-土壤源热泵系统(SESHPS)交替运行性能的数值模拟

针对青岛地区的气象与地质条件,以土壤温度恢复率为指标,对太阳能-土壤源热泵系统(SESHPS)的交替运行性能进行了数值模拟.结果表明:SESHPS以24 h为周期交替运行时,近盘管处土壤温度恢复率取30%～60%为宜,太阳能热泵投入运行的时间比例应控制在42%～58%,以此可确定出太阳能集热器的面积,为SESHPS的实际工程设计与运行提供了理论参考.

太阳能-土壤源热泵系统联合供暖运行模式的探讨

针对青岛地区的气候条件,对太阳能土壤源热泵系统(SESHPS)有、无蓄热水箱时各联合供暖运行模式进行了数值模拟。结果表明,与土壤源热泵相比,联合供暖运行模式具有明显的节能效果,有、无蓄热水箱时的节能率分别为14.5%和10.4%;有蓄热水箱时的联合供暖运行模式二(集热器与埋管串联运行,载热流体先经过埋管后进入集热器)的效果最佳。对SESHPS联合供暖运行模式的优化结果表明,可按能量比例63%与37%或尺寸比例13.8m/m2来设计埋管长度与集热器面积。

蓄热型太阳能-地源热泵耦合系统设计

以所设计的新型蓄热太阳能-地源热泵耦合系统为研究对象进行了现场模拟实验,太阳能集热器具有季节性蓄热功能,蓄热水箱可在冬季高品质供暖,夏季实现高效制冷。通过实验研究和经济分析结果显示,系统中地埋管换热器和蓄热水箱间歇运行,有利于地下温度场的恢复,延长地埋管的使用寿命,提高地源热泵工作效率及使用年限,具有明显的经济效益。

基于遗传算法的太阳能地热复合源热泵系统的优化

建立了基于部件模型的太阳能地热复合源热泵系统的数学模型,以根据该模型计算出的初投资与运行能耗为优化目标,以集热器面积与埋管深度为优化变量,针对青岛地区的气象条件,采用遗传优化算法对该系统进行了优化设计,并讨论了优化计算结果。

太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统TRNSYS模拟

利用TRNSYS软件对太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统进行仿真模拟,得出该系统某一典型天和全年能量利用效果:在冬季最冷的典型一天,总供热包括热泵耗电量、水泵耗电量、地埋管和集热器总集热量共225.52 MJ/d;总耗热包括沼气池维护结构散热和加温料液负荷共208.57 MJ/d。除去无供热效果的水泵耗电部分,能量输入和沼气池热负荷基本趋于平衡;系统全年共消耗热量46 657.32 MJ,可再生能源(太阳能和地热能)提供74%;其中,太阳能热利用贡献63%,地热能贡献37%,表明该加温系统可高效利用可再生能源。系统全年向地下蓄热总量为7 630.99 MJ,吸热总量为12 954.81 MJ,蓄热量虽不能完全满足供热量的需求,但可以在一定程度上缓解土壤的冷热失衡。

太阳能辅助地埋管地源热泵复合系统过渡季运行模式

对比了太阳能辅助地埋管地源热泵复合系统在过渡季利用太阳能进行土壤蓄热时,定时蓄热与随时蓄热2种运行模式下蓄热子系统的热利用效率。给出了复合系统过渡季2种模式下蓄热子系统主要设备参数的确定方法。在TRNSYS平台搭建了蓄热子系统仿真模型,模拟了不同太阳能集热器面积下系统的蓄热情况。根据模拟结果对2种蓄热运行模式下子系统的蓄热效率进行了评价。