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%。

光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(2):供暖季系统仿真研究

使用TRNSYS软件建立了光伏光热-双源热泵(PV/T-DSHP)系统的仿真模型。选取夏热冬冷地区某一近零能耗居住建筑作为研究对象,模拟研究了供暖季PV/T-DSHP系统在COP_(s)切换模式下的运行特性和能耗。结果表明:平均光电效率为15.08%,平均光热效率为33.05%;水源热泵运行模式下供暖季平均COP为4.55,空气源热泵运行模式下供暖季平均COP为3.19,PV/T-DSHP系统的平均COP_(s)为2.98;供暖季系统自满足率为61%。

太阳能-空气源热泵牧草干燥系统制热性能研究

以太阳能-空气源热泵牧草干燥系统为研究对象,通过系统不同工作模式的温升、恒温制热试验及带载试验,分析了温升速率、单位温升能耗、COP及除湿效率。研究结果表明:联合制热模式与太阳能单独制热相比,单位温升耗电量降低了86.2%,温升速率提高了99~112倍。联合制热模式与热泵单独制热试验相比,在温升过程中温升速率降低了7.7%~17.6%,单位温升耗电量降低8.0%;在恒温制热过程中,前者COP比后者提高了6.5%~11.1%,耗电量降低了5.8%~10.7%;在升温制热过程中前者COP比后者提高了6.0%~10.4%,耗电量降低了6.6%~11.1%。联合干燥模式比热泵单独干燥模式的SMER值高19.8%~36.2%。

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ANFIS的太阳能-空气源热泵供暖系统温度控制研究

针对太阳能-空气源热泵供暖系统运行环境复杂多变,模糊控制器的设计高度依赖人工经验的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)改进的模糊控制方法。该方法利用ANFIS在复杂系统建模中的优势,结合供暖系统温度响应特性和实际运行数据,建立联合供暖系统变工况ANFIS模型,生成与系统性能适配的模糊规则库并传递给模糊控制器执行。Matlab/Simulink仿真对比试验表明,与单一的模糊控制相比,该方法的控制精度提高了17.65%,调节时间缩短了36.4%,具有更高的控制精度和响应速度。

严寒地区空气源热泵耦合电磁能系统模拟运行研究

目的 为了促进空气源热泵耦合电磁能供热系统在严寒地区住宅建筑中的应用,研究该系统的运行性能和稳定性。方法 以沈阳地区某住宅建筑为例,应用Trnsys软件建立了空气源热泵耦合电磁能供热系统仿真模型,并用实测值对模型进行了验证;深入探讨空气源热泵耦合电磁能供热系统在供热期的运行特点,并与空气源热泵和电磁能供热系统分别进行比较。结果 空气源热泵耦合电磁能供热系统模型可靠,相对误差可以控制在15%以内;在供热期,室内平均温度可保持在17.97~21.84℃;空气源热泵耦合电磁能供热系统比电磁能供热系统的COP提高了59.17%,空气源热泵耦合电磁能供热系统CO_(2)减排量比空气源热泵和电磁能供热系统分别提高1.47%和59.50%。结论 空气源热泵耦合电磁能供热系统运行和COP变化更为稳定,系统环境效益更佳,室内热舒适性更高。

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。

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。

太阳能空气源热泵耦合相变蓄热器供热系统模拟研究

目的为提高可再生能源利用率,研究太阳能空气源热泵耦合相变蓄热器供热系统实际性能,建立适合夏热冬冷地区民用住宅的节能供热系统。方法利用TRNSYS软件建立太阳能空气源热泵耦合相变蓄热器供热系统模型,并与太阳能空气源热泵供热系统进行对比分析,对两个系统从制热量、耗电量、能效比以及室内人体热舒适度四个方面进行模拟分析,使用PMV-PPD评价方法对两个系统的室内热舒适度进行评价。结果耦合相变蓄热器的供热系统耗电量低于无相变供热系统,节能率提高了13.29%;耦合相变蓄热器的供热系统平均能效比为3.5,太阳能空气源热泵供热系统的平均能效比为3.32,提高了5.14%;耦合供热系统可以为人体提供I级室内热环境水平的热舒适度,无相变供热系统只能为人体提供II级。结论太阳能空气源热泵耦合相变蓄热器供热系统节能性更好,系统能效更高,提高了可再生能源利用率,并且耦合供热系统在热舒适性方面优于无相变供热系统。

考虑空气源热泵负荷聚合参与的需求响应

基于“电网-聚合商-负荷”三级架构,提出空气源热泵负荷聚合参与需求响应的控制策略。供暖运营商作为热泵负荷的聚合商,在保证用户热舒适度的基础上,利用建筑本身的蓄能能力,结合分时电价最小化供热成本,并对负荷可调节潜力进行评估。当电网调度部门下发调控指令后,考虑用户舒适度和电网调节需求,基于多目标遗传算法分配各负荷调节量,在满足调控目标的同时可改善调控带来的聚合功率振荡、反弹负荷大等问题。最后,仿真验证所提策略的有效性。

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。

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。

一种考虑光伏发电与峰谷电价的空气源热泵最优装机容量计算方法

针对目前光伏发电及峰谷电价的用电形式下,空气源热泵耦合电锅炉供热系统经济性装机容量选择困难的有关问题,提出一种综合考虑光伏发电与峰谷电价影响的设备装机容量计算方法,使用空气源热泵最优不保证天数(OGD)作为选型参考值,通过TRNSYS建立系统模型开发新模块使其具有自动寻优能力。在使用测试数据验证模型准确性后,基于该模型计算5座代表性城市OGD推荐值。结果表明:OGD值受建筑负荷大小与光伏装机容量双重影响。采用OGD均值作为推荐值时,单一建筑OGD与均值分别对应的费用年值最大误差为8.17%,可保证计算准确性;5类气候分区内各城市费用年值变化规律基本一致,OGD值随气候变暖各气候分区间平均下降46.83%;其中北京市最大OGD值仅为5,说明在寒冷B区城市此类系统添加光伏发电后,可不设置辅助热源。

补气增焓准二级压缩空气源热泵理论最佳除霜量研究

为解决能源浪费的问题,通过引入相关结霜模型进行理论分析,结合实验数据得出“理论最佳除霜量”的半经验公式。为验证该公式有效性,针对某厂家的补气增焓准二级压缩空气源热泵进行不同工况下:空气相对湿度65%、70%、80%,对应的空气干球温度-4~4℃的温度区间的实验测试。通过测试不同状态下的实际除霜量与“理论最佳除霜量”的半经验公式计算的理论除霜量进行比较,发现两者相对误差较小,保持在±10%以内,该公式对霜层后期的预测值较为准确,可作为设计补气增焓准二级压缩能够空气源热泵融霜时间控制的基准。

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-空气源热泵热水系统新型组合优化设计

太阳能-空气源热泵热水系统(solar-air source heat pump hot water system, SAHWS)常用于宿舍楼宇供暖,通过对系统参数的优化设计可显著提高系统能效性能与环境友好性。为得到一种综合考虑SAHWS经济、能源、环保与节能的优化方法,提出了一种新型组合优化设计策略,并利用TRNSYS软件搭建系统仿真模型,以西安、西宁、拉萨这3座不同太阳能资源等级城市为例,对SAHWS运行工况对比分析。结果表明:与常用生命周期成本设计相比,所提出的组合优化设计不仅降低了系统成本,还有着较低的系统能耗;组合优化设计的热泵能耗与工作小时数最短,且有最低的热损,在投资成本、系统季节性能因子、太阳能保证率以及碳粉尘、二氧化碳排放量均有较好表现。

光伏光热-双源热泵系统地区适用性研究

利用TRNSYS软件建立了光伏光热-双源热泵(PV/T-DSHP)系统仿真模型,选取拉萨和上海对PV/T-DSHP系统的运行特性进行了模拟分析,对不同室外气象条件(环境温度、太阳辐照度)下单一光伏-空气源热泵(PV-ASHP)系统和光伏光热-水源热泵(PV/T-WSHP)系统的性能系数进行了对比分析。结果表明:PV/T-DSHP系统在拉萨和上海的供暖季平均系统性能系数(COP s)分别为4.23和3.34;在太阳能资源一般区和丰富区,PV/T-WSHP系统较PV-ASHP系统在根据环境温度和太阳辐照度划定的最佳COP*s运行区域内运行更具性能优势。

相变储热技术在空气源热泵供暖中的应用研究现状

空气源热泵技术因具有节能、环保、高效等优点,在我国建筑供暖领域得到了广泛应用。文章分析了空气源热泵系统在供暖过程中存在的问题,介绍了利用相变储热技术优化空气源热泵运行性能的基本方式及原理。通过分析相变材料自身热物性以及相变储热单元在系统中的应用,从材料及系统两方面简述了相变储热技术在空气源热泵供暖中的研究现状及进展。最后,得出结论并针对相变储热技术在空气源热泵供暖中的应用难点,对未来发展进行了展望。