Alternate operation characteristics of a solar-ground source heat pump system

In order to investigate the alternate operation characteristics of a solar-ground source heat pump system（SGSHPS）,various alternate operation modes are put forward and defined.A two-dimensional mathematical model with freezing/melting phase changes is developed for the heat transfer analysis of the soil.Based on the numerical solution of the model,the variation trends of underground soil temperature of the SGSHPS operated in various alternate operation modes are discussed.The results indicate that,for the day-night and short-time interval alternate operation modes without solar energy,the operation time fraction of a solar heat source should be confined to from 50% to 58% when operated in an alternate period of 24 h.Meanwhile,the disadvantages of a natural resumption of soil temperature can be overcome effectively by solar energy filling,and an optimal operation effect can be achieved by integrating the mode of solar energy filling with other alternate modes.In addition,the accuracy of the presented model is verified by the experimental data of borehole wall temperatures.The conclusions can provide a reference for the optimization operation of the SGSHPS.

坡地面栽培对日光温室土壤温度环境的影响

以平地面温室为对照,对坡地面温室土壤白天蓄热期间的温度变化和蓄热量变化进行研究,以期为老旧日光温室的改造提供参考。结果表明:坡地面温室明显改善了日光温室土壤温度环境,与平地面温室相比,坡地面温室日提高土壤温度0.1~1.7℃,日最高土壤温度提高1.0~1.9℃,日降低冠层上部空气温度1.9~4.0℃,日增大土壤蓄热量8.44%~44.57%。晴天土壤温度和蓄热量的增加幅度大于阴天。

陆地生态系统碳监测卫星自主任务规划研究

低轨遥感卫星往往以全球或全国范围内的特定地物为探测目标。为提高卫星在轨运行的自主性,文章提出了一种面向地物目标属性的遥感卫星自主任务规划方法。首先外推出预报点90 min后的星下点经纬度,并根据星载地图和太阳高度角,得到预报点的阳照/阴影、陆地/海洋、境内/境外属性。对地物目标属性信息进行平滑处理后,根据各载荷的地物目标属性,识别出各载荷的工作任务时间段,可实时实现提前约1个轨道圈的载荷自主任务规划。

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。

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。

结合气象监测与地基云图的地表太阳辐射预测

高精度的太阳辐照度预测是光伏输出功率预测的基础,而云的遮挡是导致太阳辐射波动的主要原因。针对现有技术由于对云图时变特征获取能力不足,导致在复杂天气条件下预测精度显著下降的问题,提出了利用3D卷积神经网络同时提取单张云图图像特征和云图序列时变特征,建立云图图像特征与云对地表太阳辐射衰减之间的关联,实现太阳辐射高精度预测的方法。实验验证结果表明,较现有方法,所提出的方法在复杂天气条件下的未来5 min功率预测精度提高8%以上,具有很高的推广应用价值。

基于TRNSYS模拟的多能源时序互补供暖系统研究

针对典型气候区(郑州和哈尔滨)不同建筑类型的负荷特点,提出多能源时序互补集中式供暖系统,并对蓄热场的蓄取规律进行模拟分析。通过TRNSYS模拟,对多能源时序互补集中式供暖系统在不同建筑中运行时的蓄热场土壤平均温度、系统运行策略、能效提升率进行分析。结果表明:土壤平均温度处于动态平衡,公建系统土壤平均温度最高可达65℃;公建及寒冷地区居建系统运行策略均以太阳能直供和蓄热场直供为主要供热方式,地源热泵为辅,严寒地区居建系统运行策略是以地源热泵为主要供热方式,太阳能直供和蓄热场直供为辅;多能源时序互补集中式供暖系统与地源热泵系统相比能效提升明显,公建系统能效可提升90%以上,严寒地区居建系统能效提升59.12%。

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.

FY-4A辐射产品在贵州山区的检验与订正

利用2018年3月12日—2019年2月28日贵州山区(从江、三穗、桐梓、贵阳、紫云、兴仁、威宁7站)地面太阳辐照度观测资料对FY-4A反演辐照度进行检验与订正分析。结果表明:(1)卫星反演辐照度取值范围比地面观测小,整体上反演辐照度偏高,晴空条件下反演精度远高于云条件下,正午偏差最小,下午偏差最大。(2)卫星反演辐照度与地面观测辐照度具有较为一致的日变化和季节变化,两者呈显著正相关,相关系数与海拔高度呈负相关。(3)平均偏差往往随着地面观测的增大而减小,当地面观测辐照度>800 W·m^(-2)时,反演辐照度往往偏小。(4)对地面观测辐照度进行阈值化后,用多元线性回归方法对反演辐照度订正,订正后的产品在贵州具有较好的适用性。

太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究

为探索多能互补的清洁能源供暖技术,满足北京市村镇分散式建筑清洁供暖需求,在北京农村地区建设太阳能-地源热泵复合式系统,进行太阳能补热热泵供暖实验,并利用COMSOL软件开展地温场热均衡模拟研究。结果表明:相较单一地源热泵系统,太阳能补热热泵供暖方案下,地源侧出水温度提升23%,系统制热能效比(Coefficient of Performance,COP)和机组COP分别提升19%、25%;系统运行10 a,地源热泵系统单季节运行方案下总的取热量要多于间歇期自然恢复量,地温场总均衡为-8.91×10^(9)kJ;单一地源热泵方式运行和太阳能补热方式运行在双季节情况下总的取热量小于总的排热量,地温场总均衡分别为4.220×10^(9)、1.084×10^(10)kJ。因此,双季节运行方案对地温场不会产生负均衡,反而会对地温场有一定的热量补充。地源热泵系统运行中加入太阳能补热,对地温场的影响更小,可显著提升系统和机组效率,该模式适用于北京农村地区特别是供暖需求较大的建筑。

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。

基于CE-318观测的甘肃省气溶胶光学特性分析

对于大气气溶胶地基观测资料的定量分析是了解气溶胶光学特性和大气污染特征的基本途径,可为探讨污染治理方向提供一定的依据。近年来,利用地基观测资料分析甘肃省不同区域气溶胶光学特性的研究较少。为了解甘肃省不同下垫面的大气气溶胶光学特性,本文基于2018年4月至2020年9月CE-318型太阳光度计观测资料,通过ASTPwin软件反演获得了甘肃省四个站点的气溶胶光学厚度AOD,计算了Angstrom波长指数α,分析了甘肃省不同区域不同季节AOD和α的分布和变化特征以及气溶胶光学厚度和波长指数的关系。结果表明:(1)观测时段内,所有站点各波段AOD的变化趋于一致,且AOD值随波长增大而减小。兰州和皋兰山AOD值冬季最高,春、秋季次之,夏季最低,兰州冬、春季AOD值分别比年均值超出14.98%和4.68%,皋兰山冬季AOD值比年均值超出3.88%。敦煌和民勤AOD值均为春季最高,比各自的年均值高出24.49%和26.30%。敦煌AOD季节分布为:春季>夏季>冬季>秋季,而民勤则表现为从春到冬季逐渐减小的趋势。(2)兰州和皋兰山春夏季主控粒子为粗模态,秋冬季则为细颗粒物主导。敦煌和民勤大气气溶胶常年由粗模态粒子主控。2019年冬季,兰州市区AOD值比其城郊的皋兰山高出68.0%;敦煌和民勤2019年春季沙尘气溶胶污染较为严重,敦煌AOD值比民勤超出42.42%。(3)四个站点AOD和α的频率分布均呈单峰曲线,不同季节AOD高频次分布范围存在差异性,但都处于1.0以下。α的高频次范围分布较为复杂,兰州春季、皋兰山春夏季、敦煌四季、民勤春夏秋季,α分布区间均小于1.0,而兰州夏秋冬季、皋兰山秋冬季、民勤冬季α主要分布于1.1以上。(4)不同季节AOD和α的关系存在差异,表现为不同季节,大气出现严重或者局部污染时,气溶胶的主控粒子粒径大小不同。春季大气出现局部或者严重污染、夏季大气局部污染时,四个站点气溶胶主要是大粒径粒子,其中沙尘气溶胶的贡献较大。夏季大气处于严重污染时,皋兰山气溶胶主要是细模态粒子,兰州、敦煌、民勤气溶胶依然由粗模态主控,但是兰州小粒径粒子导致的污染比重高于其余两站,其中85%以上属于城市工业-气溶胶污染。秋季大气处于严重污染状况时,兰州和皋兰山均由细模态粒子主导,其中城市工业-气溶胶占比明显增加,而敦煌和民勤依然由粗模态粒子主导,其中沙尘气溶胶占比偏重。冬季大气严重污染时,兰州依然由细模态粒子主导,而其他三站由粗模态粒子占据主导地位,冬季大气局部污染时,敦煌和民勤粗模态粒子与细模态粒子同时出现,皋兰山以细模态粒子为主。分析可知,总体上甘肃偏北地区气溶胶污染以沙尘气溶胶为主,而偏南地区气溶胶污染表现为粗模态与细模态粒子交替出现,这为下一步结合卫星遥感资料研究甘肃不同区域的气溶胶特性及大气污染特征提供了一些参考。

太阳能-地源热泵系统控制策略及运行特性研究

为解决西北村镇地源热泵系统应用中土壤温度逐年降低的问题,设置太阳能-地源热泵系统(SGSHP),分析SGSHP的适用区域。以某小学为测算对象,使用文献调研、数字化模拟等方法,仿真模拟运行策略。结果表明,农业设施和学校适合采用SGSHP,非供暖季太阳能为土壤补热,供暖季优先太阳能供暖为最佳控制策略,太阳能集热器面积86 m^(2),水箱容积3.9 m^(3),换热器截面积0.4 m^(2),循环泵流量6.6 m^(3)/h,换热管长度120 m,可在1个自然年恢复土壤温度。

基于黑云母粉的复合水凝胶的制备及太阳能水蒸发性能研究

文章以黑云母粉为光热转换材料、聚乙烯醇和壳聚糖为凝胶基底材料,经交联和冻融处理制备基于云母的复合水凝胶。通过X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)以及扫描电子显微镜-能量散射X射线光谱(scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)分析技术确定黑云母粉含有铁元素,其质量分数约为3.86%。片层状结构黑云母粉的加入使水凝胶的压缩应力提升1倍以上,显著增强了水凝胶的力学性能。复合水凝胶的太阳能水蒸发速率可以达到1.52 kg/(m^(2)·h)。

严寒地区太阳能地源热泵耦合系统的设计与控制参数敏感性研究

在绿色建筑发展和碳达峰、碳中和的背景下,研究太阳能和地源热泵采暖及供冷在建筑领域的应用具有重要意义。以我国严寒地区某酒店建筑为案例,对严寒地区太阳能地源热泵耦合系统的设计与控制参数敏感性进行研究。运用TRNSYS软件搭建了太阳能与土壤源耦合系统,针对不同工况建立了不同的系统运行模式,并对不同模式制定了不同的控制策略。通过参数化的模拟分析手段,分析了多个关键设计参数和控制阈值对于太阳能集热器效率、地源热泵系统COP以及地埋管冷堆积的影响。完成了对关键影响参数的定量化分析,对系统形式和控制模式在解决地埋管冷堆积问题的有效性进行了检验。

适用于地面装备的特种降温涂层研究与应用

[目的]为了有效降低太阳辐射引起的导弹温升,考察了一种针对地面装备的特种涂层的降温性能。[方法]通过基料与颜填料的筛选,确定以环氧树脂搭配固化剂作为基料,金红石型二氧化钛作为主要颜填料。对涂层方案及其作用机理进行分析后,确定了特种降温涂层的设计原则。对涂层建立了热传导模型,分析辐射来源,对地面装备进行了仿真分析。[结果]通过试样级试验验证了特种涂层的环境适应性与降温性能。[结论]该特种降温涂层解决了太阳辐射下地面装备内部升温较高的问题,为地面装备的应用打下了基础。

哈尔滨地下交通暖廊在供暖空调方面的减排讨论

文章研究了哈尔滨地下暖廊内采暖及空调系统的节能措施,提出了地下暖廊在保证舒适环境的前提下实现节能减排目标。文章同时建议多采用地源热泵及太阳能系统等清洁能源,以实现暖廊在供暖与空调系统上的节能降耗。根据国际及国内相关标准所提出的舒适度评价指标等,对暖廊进行指标的选取及计算。针对指标计算中各个参数提出降耗建议,并结合国内已有案例的降耗情况,测算采用新能源系统后暖廊的整体降耗水平。

太阳能-地热能复合利用的溶液除湿空调系统研究

针对传统空调系统采用温湿度联合处理的方式而导致的舒适性差、能源消耗大等问题,以南昌市某建筑为研究对象,利用TRNSYS仿真软件建立太阳能-地热能复合利用的溶液除湿空调系统数学模型,并分析集热器面积及埋管数量对系统性能的影响,在此基础上选取合适的参数对系统全年运行工况进行模拟。同时针对夏季室外新风含湿量波动较大的问题,提出对新风采取分流处理的解决方式。结果表明:在制冷工况下,室内平均温度为26.1℃,相对湿度在50%~65%之间;在供暖工况下,室内平均温度为19.2℃,相对湿度大部分处于40%~60%之间,能够很好地控制室内热湿环境。供暖和制冷季节能效比分别为6.2和4.5,全年性能系数为4.7,明显高于传统的空调系统。

基于地基云图的超短期太阳辐照预测方法与装置研究

提出一种自主研发全天空成像仪的云图曝光优化方法,通过自主研发的地基云图采集仪采集地基云图,结合在同一时刻连续拍摄的不同曝光度的云图,利用动态范围优化算法对云图进行处理。对优化后的云图进行特征提取,将图像特征作为预测模型的输入数据,建立基于BP(back propagation)神经网络的预测模型。验证结果表明:在5 min预测尺度上,所建立模型的预测均方根误差相比持续性模型降低14.31%。与现有研究对比,所建立的模型具有更低的均方根误差(RMSE)。

严寒地区透光补热塔补热特性研究

提出一种改进的冷却塔逆用为地源热泵补热的方法,以严寒地区太阳能透光补热塔装置为研究对象,建立补热塔数学模型,通过数值模拟和实验测试研究补热塔装置透光结构面积、液-气比、空气流向对补热的影响。结果表明:在补热塔日运行周期内,双侧透光结构补热塔循环水出口温度平均升高0.5℃,换热量增加147.4 kW;综合分析换热效率和能效比可知,液-气比控制在0.58时换热效果最佳;逆流式补热塔比顺流式补热塔的吸热效率高13%,换热量高5.4 kW,进出口循环水温差增加0.6℃,故选用逆流式补热塔。