利用空气源热泵跨季节补热对单供暖地埋管地源热泵运行特性影响分析

针对大规模住宅小区单供暖地埋管地源热泵在实际运行中存在的问题,在对其运行现状进行分析的基础上,以其中一个项目为例,分析地埋管地源热泵在单供暖工况下长期运行时的土壤逐年温度变化和运行费用。指出应尽早抑制土壤温度进一步降低,使其稳定在较高水平,以保证系统持续可靠运行。提出以土壤年温度下降幅度为目标,利用空气源热泵跨季节补热解决土壤温度逐年下降的问题。研究结果表明,所计算项目从第5年开始补热,补热后每年供暖初期土壤温度为7.5℃左右,补热初投资为2.86元/米~2,补热费用为2.71元/米~2,供暖运行费用为9.35元/米~2,年运行费用为12.06元/米~2。     

基于垂直U型埋管换热器的圆柱源理论及其应用研究

基于经典常热流圆柱源理论，引入叠加原理与负荷累积思想将其发展为能够适用于长时期短时间步长变热流地源热泵系统模拟的变热流圆柱源模型，并引用实例从理论与实验两方面对改进模型的有效性进行了验证。将圆柱源理论模型应用于太阳能-土壤源热泵系统联合供暖运行性能的数值模拟，结果表明：对于青岛地区，太阳能-土壤源热泵联合供暖运行模式相比地源热泵单独运行节能8．3％。14．5％，就各运行模式而言，带有蓄热水箱的联合运行模式二效果最佳；通过优化进一步得出：其设计可按能量比例63％与37％或尺寸比例13．8m（埋管）/m^2（集热器）来分别确定盘管长度与集热器面积的大小；至于系统经济性，只有当单位面积集热器价格小于5．81m埋管所需费用时，SESHPS在经济上才是可行的。     

土壤排取热量不均衡地区地源热泵系统应用研究

对于土壤排取热量不均衡地区,地源热泵应用过程中常会出现土壤热失衡问题,该问题严重制衡了地源热泵系统在该地区长期高效稳定运行。针对此类地区土壤排取热量严重失衡的特点,同时基于土壤排取热量平衡的理念,提出太阳能对土壤进行全年补热的地源热泵—太阳能耦合系统,并通过一个典型工程案例对地源热泵—太阳能耦合系统的设计思路、技术方案、运行策略、经济性能等方面进行了分析与研究。结果表明,相比于常规能源系统,本项目地源热泵—太阳能耦合系统每年可节能308万kWh,节约运行费用47.64万元,节能率达72.13%,节能减排及环境、社会效益非常显著,以期为土壤排取热量不均衡地区地源热泵系统的相关研究及其工程应用提供参考。     

太阳能辅助集热型水源热泵设计及特性分析

水-水源热泵机组在冬季温度较低的条件下运行一段时间后,会出现制热性能下降并频繁转入保护工况现象。为改善水-水源热泵性能,在负荷匹配的情况下提高其经济性,设想在原热泵系统中增设太阳能辅助集热装置。简要介绍太阳能辅助集热型热泵系统的形式和组成,包括太阳能集热器形式选择、贮热水槽的要求等,同时着重进行冬季供暖工况的热力设计计算。设计计算表明,冬季供热循环时增设太阳能辅助系统之后供热系数有较大提高。在夏季只需将太阳能集热系统与制冷系统分离,即可作生活热水系统使用。     

空气与土壤复合源热泵在北方地区的匹配设计模拟分析

空气与土壤复合源热泵系统通过空气换热器实现了间接空气源热泵模式与补热模式,可补偿取、放热量的差值,解决土壤源热泵系统在我国北方地区长期运行产生的土壤热不平衡问题。为能够在保障供暖效果的前提下最大限度地降低地埋管数量,本文以我国5个北方城市的住宅为例,在TRNSYS平台上建立了空气与土壤复合源热泵系统的仿真模型,对地埋管和空气换热器的匹配设计进行了研究,并对减少地埋管数量后的复合源热泵系统的应用效果进行了模拟分析。结果表明:复合源热泵系统在哈尔滨、长春、沈阳、北京、济南的地埋管数量最大减少比例为29%~43%,每延米地埋管需对应匹配0.029~0.050 m²的空气换热器面积;减少地埋管数量后的复合源热泵系统在长期运行中可维持土壤温度稳定,其十年总费用节省率为12.6%~25.3%。     

应用于学校建筑的跨季节蓄热太阳能-土壤复合热泵系统运行特性试验研究

对在北京一所小学建立的跨季节蓄热太阳能-土壤复合热泵系统进行为期约一年的试验研究,重点分析太阳能集热系统的运行特性和土壤蓄放热效果,以及二者联合运行时对土壤热平衡的影响。结果表明,在现有运行策略下,太阳能蓄热水箱在过渡季、供热季和制冷季的进、出水温度呈现出不同的变化规律。试验期间,太阳能集热系统的净蓄热量为44 909.02 MJ。二者联合运行工况下,土壤吸排热的不平衡率由单一土壤源热泵的77.95%降低为67.69%,采用太阳能跨季节蓄热可以补充一部分热量,但无法完全解决土壤的热平衡问题,这是由本系统夏季实际运行时间过短、冬季实际运行时间过长造成的。     

某小型工业厂房供暖系统节能改造

为缓解传统燃煤锅炉供暖对环境的影响,对石家庄市某既有厂房供暖系统实施清洁能源改造,即采用空气源热泵代替传统燃煤锅炉供暖。利用Trnbuild能耗模拟软件计算该建筑热负荷,匹配相应的空气源热泵系统。采用Trnsys软件模拟分析空气源热泵系统的制热量、耗电量和制热性能系数。分析结果表明:室外环境温度越低,空气源热泵系统制热量越小,耗电量越小,供暖季平均制热性能系数(COP)为3.15。以供暖季综合制热性能系数(COP_h)作为供暖系统的评价标准,分析得出热泵匹配的最优蓄热水箱体积为5 m~3,系统COP_h基本维持在3.5左右。对空气源热泵的经济性及节能减排量进行分析,结果表明空气源热泵机组相比燃煤锅炉供暖具有节约能耗、减少污染物排放和供热灵活等优势。     

上海地区空气源热泵结合小温差换热风机盘管末端的供暖空调系统性能的实验研究

为解决夏热冬冷地区冬季供暖问题,本文设计了空气源热泵结合小温差换热风机盘管末端的分布式空调系统。实验研究表明:在冬季典型工况下采用35℃左右的热水供暖,系统制热性能系数(COP)可达3.0;在夏季典型工况下采用10℃左右的冷水制冷,系统制冷COP也在3.0以上。结果表明通过使用小温差换热末端降低了机组设定出水温度,改善了机组的运行工况,提升系统的能效比。系统解决了目前空气源热泵在冬季低温工况下供暖能效低、舒适性差等问题,为解决我国南方冬季供暖问题提供了可行方案。     

档案库房地源热泵空调系统设计及模拟分析

由于档案保存的特殊性,需要全年恒温恒湿的环境,能耗很高。地源热泵系统采用土壤作为冷热源,是节约能源的有效手段。采用地源热泵系统能有效符合节能型档案馆建设的需要。而针对上海闵行区档案馆地源热泵系统冬夏冷热负荷不平衡问题,采用了热回收技术予以解决。模拟分析结果表明,在条件允许时,应适当加大埋管深度,同时采用热回收技术不会影响机组运行性能,并能缓解土壤热堆积问题。     

太阳能-土壤源热泵联合供能系统的研究进展

随着能源消耗所带来的环境污染越来越严重,可再生能源技术得到日益广泛的应用。其中土壤源热泵和太阳能光热技术得到迅速发展,将太阳能和地热能联合开发利用是新能源发展的方向之一。本文分析太阳能热利用系统、蓄热系统以及太阳能-土壤源热泵联合供能系统的发展现状及性能指标。指出太阳能-土壤源热泵联合供能系统主要有串联、并联和混合连接3种运行方式;影响太阳能-土壤源热泵联合供能系统性能的主要因素有太阳能集热器面积、土壤热物性、联合系统控制策略等。研究表明,联合供能系统是一种比单一热源(如太阳能、地热能)热泵系统更高效、经济的能源利用模式。     

适用于近零能耗建筑的新型太阳能-污水源热泵系统运行特性

本文提出了一种新型太阳能-污水源热泵供暖系统，并研究在长春、乌鲁木齐、西宁、北京及上海5地近零能耗建筑中冬季供暖、全年供生活热水的运行效果与经济性。结果表明：系统在5地的供暖平均温度均达到40℃以上，供生活热水平均温度在电补热前也可以保证在33℃以上，可见本系统运行效果良好但仍需要电补热来保证运行的可靠性；5地冬季系统运行能效均达到3.5以上，节能效果显著；除乌鲁木齐(同其它城市相比燃气价格偏低)外，其它4地在应用本系统时，经济性均高于传统的电热水系统和天然气热水系统。     

寒冷地区空气源热泵与太阳能复合供热系统性能测试分析

根据典型用户供暖及热水使用需求,在寒冷地区搭建空气源热泵与太阳能复合供热试验系统,在供热季初中期进行运行测试研究。结果表明:复合供热系统可为北方寒冷地区典型家庭用户提供基本的供暖需求和生活热水使用需求,复合系统在满足2.5~3.6kW供暖负荷的同时,可提供280L以上不低于38℃的生活热水;蓄热水箱内温度对热泵单元的耗电量具有显著影响,且线性相关度较好,水箱平均温度与环境温度之差同热泵运行能效呈现较好的线性变化趋势,温差越大,热泵能效越低,运行中温差范围集中在30~40℃,期间热泵能效处于2.5~3.0;集热单元对于复合系统运行能效的提升也有一定程度的贡献,运行能效相对于热泵单元单独承担热负荷的工况可提升20%以上。     

复合式地源热泵系统及运行控制模拟分析

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。     

基于粒子群算法的太阳能-双热源热泵供暖系统优化

以TRNSYS为平台搭建系统仿真模型,以该模型计算出的供暖季系统总能耗为优化目标,以集热器方位角、倾角、单位面积集热循环流量与单位集热面积蓄热水箱体积为优化变量,采用粒子群优化算法对系统进行了同步优化设计,并将方法应用于松潘地区某铁路站房候车厅太阳能-双热源热泵供暖的系统优化设计。结果表明,优化后系统总能耗降低3.5%,为太阳能-双热泵联合供暖系统的优化设计方法提供参考。     

独立双埋管太阳能辅助土壤源热泵系统模型建立与影响因素分析

太阳能辅助土壤源热泵复合系统是严寒寒冷地区实施清洁供能的重要手段之一。在该系统中,太阳能集/蓄热系统与土壤源热泵系统有不同的连接方式和运行模式,太阳能系统的运行时间直接影响土壤的热恢复程度。本文基于TRNSYS平台建立了可全年进行蓄热的太阳能辅助土壤源热泵复合系统,提出了独立双埋管土壤蓄热器模拟计算方法,并与现场测试数据进行了对比验证。基于大连市公共建筑实际工程,通过正交试验设计及TRNSYS模拟全面研究了系统运行参数,得到对系统运行能耗与土壤温度变化率有重要影响的运行参数并分析了其影响规律。结果表明：系统运行能耗与冬季热泵供水温度、负荷侧水流量、土壤侧水流量均呈正相关,与夏季热泵供水温度呈负相关;当累计供热供冷量比为1.31时,系统运行能耗与蓄热启动温度呈负相关;当累计供热供冷量比为2.32时,与蓄热启动温度为正相关;当累计供热供冷量比为1.77时且蓄热启动温度为35℃时,系统运行能耗最低。土壤温度变化率与蓄热启动温度呈负相关。应根据系统累计供热供冷量比来相应调节太阳能系统运行时间和运行参数。     

某培训中心带辅助热源的地埋管地源热泵-太阳能耦合系统设计分析

基于寒冷地区实际工程的负荷特点,设计带辅助热源的地埋管地源热泵-太阳能耦合系统。采用费用年值法对系统进行经济性分析,获得2种热源冬季联合供热的最佳分配比例;对土壤全年热平衡情况进行计算,以土壤热平衡为目标,计算太阳能集热器面积。项目运行数据表明,系统运行稳定,土壤保持热平衡状态,且节能效益显著。     

基于灰箱模型的自循环散热器与空气源热泵耦合特性研究

为兼顾热泵供暖的舒适性与节能性，本文提出一种新型自循环散热器作为空气源热泵的室内末端。通过分析关键部件的运行特性，建立系统热力学灰箱模型，并对其可靠性进行验证。在此基础上，研究自循环散热器与空气源热泵的耦合特性，并利用EES与TRNSYS联合仿真的方法，分析该系统在典型建筑中应用的逐时运行规律和全年运行性能。结果表明：系统性能受多个因素的共同影响，且对压缩机运行频率的改变较为敏感；系统具有较快的热响应速度，能够营造稳定的室内温度环境；在太原市气象条件下，系统全年平均性能系数为2.67,典型工况的性能系数高于常规散热器系统50.28%,具有显著的节能效益。     

严寒地区复合地源热泵系统合理负荷分担率分析

采用辅助供热复合地源热泵系统,可有效降低系统初投资,提高系统的节能效果。本文以哈尔滨地区某客站为计算对象,数值模拟得到地埋管冬季先运行和夏季先运行两种工况下的土壤全年温度变化,分析比较了严寒地区锅炉复合地源热泵系统在不同的负荷分担比例下的节能性和经济性,分别给出了两种工况下的地源热泵合理的设计负荷分配比例,并分析了锅炉种类、钻井费用、天然气价格和运行年限对锅炉复合地源热泵系统合理负荷分担率的影响,为相关工程实例提供参考。     

太阳能空气集热耦合地板蓄热系统热特性实验研究

提出了一种适用于被动式太阳能空气供暖的混凝土地板蓄热系统,并对该蓄热系统在寒冷地区农村住宅中的应用进行了热特性及其影响因素实验研究。讨论了该蓄热系统对室内热环境的作用,不同集热器朝向、热气流湿度及供风速度作用下地板蓄热系统的蓄放热特性。实验结果表明,太阳能空气集热耦合混凝土地板蓄热系统充分利用建筑本体结构蓄热,有效提高了太阳能供暖房间的室内温度及其稳定性。     

严寒地区空气源热泵供暖运行性能研究

基于TRNSYS软件建立空气源热泵供暖系统仿真模型,模拟空气源热泵供暖运行性能,对比分析不同供水流量、不同月份以及3个典型供暖日下的系统COP。研究结果表明:室内温度及系统COP随室外温度的升高而升高,系统耗电量随室外温度的升高而降低;当室外温度恒定时,室内温度和系统耗电量随供水流量的增大而增大,但系统COP随供水流量的增大而降低;供暖期开始和结束时,空气源热泵运行性能稳定、满足供暖热舒适需求,供暖期室外温度最低时不宜单独使用空气源热泵。研究结果可为空气源热泵供暖系统在包头地区的应用提供指导。