屋顶光伏—土壤源热泵系统在不同气候区分娩猪舍的应用

可再生能源逐步替代常规能源,是规模化猪场未来的趋势。为了探索土壤源热泵系统(ground-coupled heat pump systems,GCHPs)和附加光伏屋顶(building attached photovoltaic, BAPV)系统在规模化猪场的应用,该研究提出一种屋顶光伏—土壤源热泵系统(building attached photovoltaic-ground-coupled heat pump systems,BAPV-GCHPs)保障某分娩猪舍的冷/热需求,并选择绥化、青岛和重庆分别作为严寒、寒冷和夏热冬冷地区3类典型气候区代表城市,对比了该系统在3类气候区的运行特性,分析了BAPV系统对GCHPs运行性能及综合效益的影响。研究结果表明,3个地区BAPV发电量由大到小依次为:青岛、绥化、重庆;GCHPs耗电量由大到小依次为:绥化、青岛、重庆;绥化、青岛、重庆3个地区的年太阳能分数分别为0.62、0.71、0.53;BAPV系统的加入明显提高了GCHPs的性能系数、一次能源利用率和CO_(2)减排量;3个地区BAPV-GCHPs相对于GCHPs年性能系数分别提高了64.2%、97.6%和39.6%;一次能源利用率分别提升了1.6倍、2.4倍和1.1倍。与GCHPs相比,BAPV-GCHPs可分别减少5.82、6.45和2.17 t CO_(2)排放量。研究结果为该系统在中国不同气候区分娩猪舍的推广应用提供了一定参考。

光伏-土壤源热泵制热工况综合性能

PV/T-GCHPs是实现地热能与太阳能互补利用的一种系统。设计和搭建了系统的实验平台,通过实验和模拟分析PV/T-GCHPs制热工况时埋管出水温度对光伏组件发电性能的影响,比较了PV/T-GCHPs与GCHPs制热性能系数。结果表明:当热泵负荷为75%、循环水流量为0.28 kg/s、地埋管出口水温度为8℃时,光伏组件最高发电效率提高6.4%,PV/T-GCHPs平均制热性能系数比GCHPs提高2.2%,最大制热性能系数提高2.4%。

太阳能PV/T集热器耦合土壤源热泵复合系统运行特性

太阳能PV/T集热器耦合土壤源热泵复合系统(Photovoltaic/Thermal Collector-Ground-Coupled Heat Pump systems,PV/T-GCHPs)是一种可实现太阳能和浅层地热能互补利用的供能系统。为研究互补利用供能模式,该研究通过建立PV/T-GCHPs数学模型,在模拟研究系统运行特性的基础上,与对应的光伏(Photovoltaic,PV)系统、土壤源热泵系统(Ground-Coupled Heat Pump systems,GCHPs)的性能进行了对比分析。结果表明,PV/T-GCHPs中由于地埋管换热器(Borehole Heat Exchanger,BHE)的冷却作用,光伏电池板表面温度降低而显著提高了其光伏效率,相对于PV系统运行20 a的总发电量增加了20322 kW·h;对应于相同的建筑负荷,PV/T-GCHPs在降低BHE初投资的同时,系统20 a的性能系数平均值较GCHPs提高了32.23%。在系统的全寿命周期内,PV/T-GCHPs的全寿命周期成本较对应的GCHPs节省了77192.45元,具有显著的经济效益。PV/T-GCHPs增强了地热能和太阳能的互补优势,研究结果为该系统在中国严寒和寒冷地区的推广应用奠定了理论基础。

地下耦合地源热泵计算机测控系统的设计与实验研究

针对天津市一实际地下耦合地源热泵科研示范工程,采用集散型计算机控制技术(DCS)设计一套三级分 布式计算机数据采集和过程控制系统。介绍了该测控系统的结构、功能及特点。并在此基础上,对运行一年来 获得的冬夏季节实验数据进行分析,结果表明所设计测控系统的精确性和节能性,同时也为华北地区地下耦合 地源热泵系统的优化设计和推广应用提供设计依据。

模拟退火算法在岩土热物性参数确定中的应用

岩土的热物性是土壤源热泵系统设计的重要参数,需要在工程地点实施热响应试验才能确定。针对现场热响应试验中恒加热功率难以保证的实际情况提出了利用模拟退火算法确定变热流状况下热物性参数的新方法。该方法以竖直U形地埋管换热器的柱热源(CSM)模型为基础,引入格林函数加快了热响应试验系统模型确定换热器进出水温度的计算速度,利用RMSE分布图解决了传热反分析中参数识别的非适定问题,保障了模拟退火算法的有效实施。在结合具体算例实施热物性参数识别的过程中,变热流情况下模拟退火算法对应的退火温度降温速度快,确定的岩土热导率和容积比热容的相对误差分别为4.1%和1.3%,而且计算了地埋管换热器的有效热阻。研究结果可为确定岩土热物性参数和指导地埋管换热器系统设计提供参考。

竖直U型埋管地热换热器热短路现象的影响参数分析

通过引入换热器出口最高流体温度的概念,对地源热泵竖直U型埋管地热换热器的热短路现象进行了量化,基于竖直U型埋管周围的瞬时有限元模型,对影响热短路现象的主要参数(支管间距和回填料导热系数)进行了模拟分析,得出了量化结果。结果表明,增大支管间距可降低换热器出口最高流体温度,减小由热短路现象引起的热损失;回填料的导热系数对热短路现象的影响较大,当回填料导热系数小于周围土壤的导热系数时,增大回填料导热系数对减小热短路损失有较大作用,而当回填料导热系数大于土壤导热系数时则作用不大,推荐使用导热系数与周围土壤导热系数接近的回填材料。

地下耦合地源热泵机组冬季供热性能分析与实验研究

针对天津市一地下耦合地源热泵示范工程 ,对所采用的单螺杆式地源热泵机组各部件参数之间的相互关系和运行特征 ,建立了地源热泵运行特性分析模型 ,并对机组性能进行了数值模拟 ;同时 ,结合对该系统的冬季制热工况的实测实验数据 ,对地源热泵冬季典型运行工况进行了实验研究 ,并与模拟分析结果作对比。结果表明 ,模拟和实验结果在数值上和变化趋势上均有较高的吻合度。

负荷侧回水温度控制在地源热泵供热中的应用研究

为研究运行控制策略对地源热泵系统应用节能性的影响，以青岛地区某住宅地源热泵系统为研究对象，将负荷侧回水温度作为热泵机组群控策略的控制指标，对2008-2009年冬季（142天）运行状况进行了动态监测，分析了地源侧和负荷侧在控制策略下的温度响应，对比了典型工作日热泵机组运行台数、系统COP与热负荷的关系。实测结果表明，热泵系统能够根据控制策略的要求，实现热泵机组的自动启停，保证了负荷侧供水温度的稳定性，达到了预期的控制目标，系统的群控策略体现了较强的适应性。热泵系统负荷率在15.6％-32.2％的实际运行工况下，日运行COP值高于2.8，显示了较好的节能效果，为地源热泵系统运行控制策略的制定和机组群控的实现提供了重要的参考。

串联式太阳能辅助地源热泵供暖系统的最优化研究

基于寒冷地区地源热泵运行的实验数据,建立了串联式太阳能辅助地源热泵供暖系统优化数学模型,并用约束变尺度法获得最优解。根据优化方法,以综合考虑系统运行性能和经济性为原则,对一实际工程进行了最优化研究。结果表明,采用优化设计后,系统总投资与采用传统设计时大致相当,但机组供暖运行性能有明显提高,COP提高了约16.7%,总功耗下降了17.2%,年均总成本降低了11.8%。

竖直U型地热换热器流体出口温度的计算模型

以圆柱热源理论为基础,引入“近热史”和“远热史”的概念,采用简化的方法建立了变热流情况下换热器与周围土壤的传热计算模型,利用该模型在已知远地点温度Tg的情况下可求解出钻孔壁温度Tw。随后引入形状因素的概念,建立了管内稳定传热的计算模型,结合前述求得的Tw,得出了计算换热器内循环流体的出口温度Tout的方法。

Theoretical and Experimental Study on Ground Coupled Heat Pump with Vertical Spiral Coil

The numeric al simulation study on the temperature distribution of underground field for the ground coupled heat pump (GCHP) with vertical spira l coil was carried out by using finite element. The distribution and recovery of undergroun d field temperature under different operation ratio and the optimal operation ratio were simulated.The performance parameters, i.e. inlet and outlet temperature of the ground spiral coil in heating and cooling modes were tested, the heat extracted or emitted by the heat pump to the ground was calculated, and the coefficients of performance (COP) of GCHP at heat ing and cooling modes were analyzed.

项目规模对地埋管土壤热平衡的影响研究

项目规摸（地埋管规摸）对土壤源热泵系统土壤全年热平衡问题影响至关重要，因此本文针对不同规模、不同冷热负荷比情况下地埋管土壤温度变化进行了研究分析，结果表明，当建筑全年累计冷热负荷比从1：1变化至4：1时，地埋管区域土壤10年累计温升从4．18℃升高到9．11℃,影响较大；对于5～10口井的小规模建筑，即使当建筑累计冷热负荷比达到4：1时，热平衡问题都可以忽略不计，但是当地埋管规摸增至20口管井时，热平衡问题必须要予以重视。最后，本文针对小规模建筑应用土壤源热泵系统时如何缓解并解决土壤热平衡问题进行了研究，为土壤源热泵系统的研究和应用提供了理论支持。

土壤源热泵地下埋管传热强化与控制的试验研究

为了探讨土壤源热泵地下埋管传热强化及其控制的有效措施,基于相似理论搭建了垂直U型地下埋管换热模型试验台,进行了不同回填材料、不同间歇运行控制模式及不同进口温度对埋管周围土壤温度场及换热性能影响的试验测试;建立了垂直U型埋管准三维非稳态数值传热模型,分析了间歇运行与进口温度对土壤温度分布与埋管换热性能的影响。研究结果表明:导热性能好的回填材料能有效提高地埋管的换热能力,但考虑到两支管间热短路的增加,回填材料导热系数并非越大越好。同时,埋管换热量随运停时间比的减小和进口温度的增加而增大;此外,垂直地埋管可利用传热温差上层高于下层,因此,地埋管换热主要集中在中上层土壤。试验验证表明,所建数值模型能较好地模拟地下换热过程,其预测精度在5%以内。

土壤源热泵模型实验及土壤热平衡研究综述

土壤源热泵的实际工程投资较高,在研究阶段采用模型实验的方法更具优势,而目前尚未检索到对土壤源热泵模型实验的相关综述,因此整理了这方面的相关文献,并根据相似理论将模型实验分为相似模型实验与非相似模型实验,对其特点、应用和局限性等方面进行了总结和分析,得出模型实验能以较小的成本得到较准确的结果,但仍需完善实验参数的设计及相似理论的研究。土壤源热泵系统长期运行时应保持土壤热平衡,以往这方面的综述介绍不是很全面。对缓解土壤热不平衡的主流方式进行了分类讨论,包括增加辅助冷/热源、优化运行策略、地埋管分区布置及运行等,并给出了一些建议,以期土壤源热泵系统可以更高效地运行。可为土壤源热泵的研究提供参考,也期望促使模型实验和土壤热平衡这两方面研究能够有机结合。

关于土壤耦合垂直U型管换热器传热公式计算的若干问题探讨

土壤耦合型地源热泵系统中垂直U型管长度的计算存在多种传热理论和计算方法,在应用中应根据工程实际进行理论、计算方法以及计算参数的选择,以保证设计既经济又可靠。

严寒地区办公建筑土壤源热泵系统运行策略优化研究

严寒地区仅以供热为主的建筑在长期的连续运行或冷热负荷不平衡的条件下,对土壤源热泵(GCHP)机组的运行特性会产生负面的影响。通过改变和调节不同的运行策略,系统的运行特性会有较为明显的改善。本文以某办公建筑的土壤源热泵系统为研究对象,通过对系统连续2 a供暖季的长期监测,采集系统的运行数据,利用采暖度日数对室外温度进行修正,分析实例建筑中土壤源热泵系统的水温特性、能效指标、室内供暖效果等因素,对比土壤源热泵系统在不同运行策略下的运行特性,探究系统不同年份不同运行策略的优劣,使其高效节能;并利用熵权法和遗传算法,计算影响系统运行特性因素的指标权重,从而寻求土壤源热泵系统最优的运行策略。结果表明,通过实测得出采用单台机组以不同负载率运行时,热泵机组COP平均提高1.15,系统EER平均提高0.46,主机耗电量降低8.3%,系统耗电量降低10.8%,节能效果均提升20%左右;遗传算法求解最优运行策略各参数值,3月运行效果最优,地源侧循环水流量为21.99 m^(3)/h,用户侧循环水流量为79m^(3)/h,地源侧进水温度为5.78℃,用户侧出水温度为34.49℃。

严寒地区土壤源热泵系统的运行性能分析

本文针对沈阳市1栋典型办公建筑,首先采用TRNSYS软件建立了土壤源热泵系统与常规冷热源系统的模型,并进行了全年动态能耗模拟,通过模拟发现土壤源热泵系统在该地区的运行状态比较稳定。而后,将土壤源热泵系统与常规冷热源系统进行比较,从节能效益方面分析了土壤源热泵系统在该地区应用的可行性。