复合式地源热泵系统运行策略研究-论文全文VIP免费

复合式地源热泵系统运行策略研究华中科技大学建筑环境与设备工程系宋光前徐新华吴丹【摘要】本文提出复合式地源热泵系统的顺序控制法与湿球温度控制法，建立了基于TRNSYS的复合式地源热泵系统及其控制系统模拟平台。以郑州某建筑复合式地源热泵系统为研究对象，并对该系统在不同运行控制下的运行及能耗进行动态模拟。模拟结果表明对于该地源热泵系统，采用湿球温度控制法并选定合适的湿球温度能保持土壤的热平衡性并且减少系统能耗。【关键词】：复合式地源热泵系统湿球温度控制法热平衡动态模拟ControlStrategyStudyofHybridGround-SourceHeatPumpSystemSongGuang-qianXuXin-huaWuDan(DepartmentofBuildingEnvironmentandServicesEngineering,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,ChinaE-mail:bexhxu@hust.edu.cn)AbstractThispaperpresentsasequenceoperationcontrolstrategyandawet-bulbtemperature-basedcontrolstrategyforahybridground-sourceheatpumpsystem.AsimulationplatformisalsodevelopedforthisheatpumpsystemanditscontrolsystembasedonTRNSYS.Theoperationandenergyconsumptionweredynamicallysimulated.Theresultsshowthatgroundheatbalancecanbekeptwellforthissystemandwhenthewet-bulbtemperature-basedcontrolstrategywithproperwet-bulbtemperatureset-pointisusedforthissystem.KeywordsHybridground-sourceheatpumpsystem,Wet-bulbtemperature-basedcontrolstrategy,Heatbalance,Dynamicsimulation0引言地源热泵系统(GSHP)因其全年高效性与环境的友好性【1-3】，正逐渐受到用户的喜爱。对于那些冷负荷大于热负荷的建筑来说，地源热泵系统需要辅以其他的排热装置配合使用。在复合式地源热泵系统中，地埋管换热器(GHE)与辅助排热装置的连接方式既可以是串联连接又可以是并联连接，图1(a)为并联的连接方式。串联方式即是热泵冷凝器出水经板式换热器换热后再经地埋管继续换热，最后回到热泵冷凝器，行成一个冷却水换热循环。在维持土壤热平衡条件下，出现了很多旨在获取更高效率从而达到节能效果的复合式地源热泵系统控制策略。许多研究都是关于如何提高复合式地源热泵系统效率的并且提出了不同的控制策略。大体上，这些控制策略可以分为三种形式【4-6】：1设置固定值法2温差控制法3固定时段法。这些控制方法需要对系统的运行参数进行测量后才能确定控制的动作。在复合式地源热泵系统中，还有另外一种布置方式，就是设置不止一台热泵/制冷机，热泵系统与地源侧连接，制冷机提供不足部份的制冷量，其散热通过冷却塔，如图1(b)所示。本文将对该种布置方式的复合式地源热泵系统的控制方法进行研究，并搭建基于TRNSYS的模拟平台对系统的运行进行模拟分析。1热泵制冷机土壤换热器冷却塔用户侧回水用户侧供水热泵土壤换热器阀门板式换热器冷却塔用户侧回水用户侧供水(a)(b)图1复合式地源热泵系统的两种配置形式1建筑负荷及系统配置本文选取郑州某建筑为研究对象，建筑负荷采用DeST模拟，模拟的全年逐时负荷如图2所示，该建筑的最大50h不保证热负荷为853.4kW，最大50h不保证冷负荷为1364.8kW。采暖季累计热负荷872334kWh，空调季累计冷负荷1080436kWh。冬季累计热负荷为夏季累计冷负荷的80％。根据计算负荷及采用复合式地源热泵系统的设计原则，选择螺杆式地源热泵1台，制冷量823kW(12/7℃)，功耗181kW，冷冻水流量142.8m3/h，地源侧流量172.9m3/h(温度35/30℃)，制热量896kW(40/45℃)，功耗205kW，热水流量154.3m3/h，地源侧流量119.0m3/h(温度10/5℃)。选择螺杆式冷水机组1台，制冷量670kW(12/7℃)，功耗155kW，冷冻水流量115.4m3/h，冷却侧流量142.1m3/h(温度37/32℃)。选择冷却塔1台，风量94300m3/h，水量150m3/h，额定功耗5.5kW。图2建筑全年逐时空调负荷在本系统设计选型中，冬季热负荷小于夏季冷负荷，在进行地埋管设计时以优先满足冬季负荷，在夏季用制冷机(＋冷却塔）的方式来补充不足的制冷量。实际最大取热量由最大50h不保证热负荷853kW减去热泵的制热工况下的压缩机功耗，为655kW。参考郑州地区土壤热物性参数导热系数1.423W/mK，容积...