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。     

地源热泵系统性能影响因素模拟分析

以钻孔外有限长线热源模型及钻孔内准三维模型为基础,运用叠加原理,基于Visual Studio开发平台,利用C#语言进行可视化窗体编程,结合重庆地区某地源热泵工程,通过导入DeST能耗模拟软件生成的建筑逐时负荷,对该工程的地埋管换热器进行逐时换热特性模拟,分析土壤热物性,地埋管换热器热短路,系统运行策略三个方面对地源热泵系统性能的影响,计算出不同因素下系统能耗,为地源热泵系统优化设计和运行策略提供依据.     

基于TRNSYS的地埋管换热器系统设计模拟分析

在TRNSYS系统上搭建了地埋管换热器模拟平台.以郑州某建筑为对象,设计了复合式地源热泵系统为该建筑的冷热源系统.根据建筑的动态负荷特性,模拟了以优先满足冬季热负荷要求的地埋管换热器系统的动态热特性,分析了在不同钻孔数量下的系统热特性,并确定了系统的钻孔数量.该模拟设计分析方法可为类似的地埋管换热器系统设计提供参考.     

地源热泵地埋管周围土壤温度特性研究

针对地源热泵系统在夏热冬暖地区长期运行可能引起的地下温度场热量累积问题,提出地源热泵系统通过制冷、停机和制热3种工况的交替运行这一解决措施。采用有限长线热源模型,并利用迭加原理,对钻孔不同深度处、距离钻孔中心不同半径处及不同运行策略下U形埋管地下换热器周围温度场的变化进行研究。对指导地源热泵系统的工程运用具有实用价值。     

U形地埋管地源热泵系统动态性能数值模拟

地源热泵系统全年动态性能模拟对系统方案设计具有重要意义。基于一维非稳态传热数值模型,给出了U形地埋管地源热泵耦合模拟算法。根据建筑逐时负荷、地质情况以及热泵机组性能等条件,耦合模拟方法能够给出长期地温、水温以及系统能耗信息,为方案评估提供依据。与基于解析模型的模拟算法进行了交叉比较,表明数值模型计算准确,计算速度快,具有工程实用性。对某案例进行全年逐时分析,根据模拟结果对钻孔数目及钻孔间距的选择提出相应的建议。     

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。     

钻孔间距和布置形式对地埋管管群传热影响的研究

建立地源热泵管群传热模型,通过数值模拟方法研究钻孔间距和布置形式对管群传热的影响。研究结果表明:钻孔间距增大能够明显减缓管群区域热效率的衰减,叉排布置比顺排布置更优;对于给定数量和钻孔间距的管群,其钻孔布置区域的周长与面积比越大,整个地埋管换热器的效率也就越高。研究结果对于地源热泵地埋管管群的优化设计具有一定的指导意义。     

地源热泵间歇运行方式对地温恢复和机组能效的影响研究

优化地源热泵的运行管理策略,降低土壤热不平衡对地源热泵机组性能的影响,是保证地源热泵机组长期稳定高效运行的重要措施.以天津市某办公楼的地源热泵系统为研究对象,对其多年运行之后的土壤温度变化和系统能效变化进行了模拟分析,分析比较了不同间歇运行方案下得到的土壤温度和热泵机组能效的变化.结果表明,地源热泵机组连续运行30年时,土壤温度受热不平衡的影响,呈逐年波动式上升,前15年上升幅度较大,后15年增幅较缓.地源热泵系统间歇运行将有利于地温的恢复,机组的启停比对地源热泵系统土壤温升的累计影响显著大于运行起止时间对土壤温升的影响.研究结果可为地源热泵系统的运营管理提供重要参考与借鉴.     

地源热泵热水器的性能分析与经济性比较

建立地源热泵热水器系统的数学模型,并以天津市某别墅地源热泵热水系统的设计与模拟为例,对地源热泵热水器2种方案———容积式地源热泵热水器和直流式地源热泵热水器进行性能分析,并在运行特性、初投资和运行费用方面进行对比。结果表明,相对于传统的热水器,地源热泵热水器具有较好的性能;在相同工况下,直流式地源热泵热水器系统性能系数较高、耗电量较低,但其运行费用和初投资较高。研究结果为地源热泵热水器系统的选择、设计和优化提供参考。     

建筑基础下地埋管钻孔设计施工探析

简要介绍建筑基础的类型,针对建筑规模大的地源热泵应用工程,提出在建筑基础下钻孔施工的工艺方法,并根据工程实例详细说明建筑基础下钻孔的可行性,从而为解决建筑规模大、钻孔区域面积不足的地源热泵工程提供一种可行性方案。     

夏热冬冷地区混合式地源热泵系统控制策略

建立用于某办公建筑的冷却塔辅助散热型混合式地源热泵系统模型,以夏热冬冷气候条件下的长沙、上海和武汉地区为例,模拟混合地源热泵系统分别以地埋管出水温度、地埋管出水与环境温差、冷却塔运行时段作为辅助散热启停的控制信号的控制策略,运行20年后地埋管附近土壤平均温度及机组性能。研究各控制策略对不同地区的适用性。结果表明,3种控制策略在夏热冬冷地区的不同地区均表现出对系统能耗和土壤温升相近的影响规律,且均可以通过合理的参数设施实现运行20年后土壤维持热平衡。     

椭圆形套管-管翅式蒸发式冷凝器传热性能实验研究

本文搭建了蒸发式冷凝器性能测试系统,采用控制变量法实验研究了迎面风速、喷淋密度、湿球温度、循环水温度、冷却水流量各参数变化对椭圆形套管-管翅式蒸发式冷凝器传热性能的影响。实验结果表明：该冷凝器实验系统的最佳迎面风速和喷淋密度分别为3.1 m/s和0.005 6 kg/(m·s),冷凝器管外空气压降随迎面风速的增大而迅速增加;随着空气湿球温度升高,冷凝器外传热过程的热流密度(即外热流密度)降低67.5%,而内传热过程的热流密度(即内热流密度)增大47.5%,依靠内传热过程的增强,冷凝器性能良好;随着循环水温度升高,冷凝器的内热流密度降低率高达64.6%,传热性能急剧下降;随着冷却水流量增大,冷凝器的内热流密度大幅提高2.92倍,总热流密度增大21.1%,传热性能显著增强;该冷凝器在低湿球温度、低循环水温度、大冷却水流量的工况下传热性能较优。     

A steady and quasi-steady state analysis on the CO2 hybrid ground-coupled heat pumping system

This article contains the steady and quasi-steady state analysis on a CO₂ hybrid ground-coupled heat pumping system for warm climates. The hybrid system uses a combination of ambient air and ground boreholes as a heat sink for the cooling mode, while only the ground boreholes are used as a heat source in the heating mode. The steady state analysis suggests that the optimal control strategy of gas cooler pressure for a CO₂ hybrid transcritical cycle is based on the optimal cooling COP value and the ratio of heat rejected to ambient air. This optimal control strategy is important for decreasing the annual ground thermal imbalance performance of ground boreholes. In addition, the quasi-steady state model of a CO₂ hybrid ground-coupled heat pumping system is constructed for the hourly simulation with different boundary conditions. Simulation results show the details of the system operating characteristics both for heating and cooling modes and the COP values with different operating and design conditions are presented.     

基于预测的复合地源热泵系统控制方法研究

在复合式地源热泵系统中控制策略存在着极大的优化空间,提出一种新的更为有效的控制方法,即在并联系统中直接比较冷却塔和地埋管出口温度的方法,然而在实际运行中只能实时测得一个出口水温,因此需要建立一个可靠的土壤换热器模型预测其出口水温。运用人工神经网络（ANN）实现该做法,利用FLUENT软件模拟动态复合式地源热泵系统为ANN模型提供训练、测试样本。为获得最优模型,土壤换热器的人工神经网络进行优化。结果表明,在LM算法下,隐层神经元数目为14的网络结构最为理想,预测结果绝对误差不超过0.15℃。     

An Analysis of the Heat Conduction Problem for Plates with the Functionally Graded Material Using the Hybrid Numerical Method

A heat conduction analysis of the functionally graded material (FGM) plates has been investigated based on the hybrid numerical method (HNM). HNM combines the layer element method with the method of Fourier transforms and proves to be efficient and reliable. The FGM plates are infinite large and the material properties vary continuously through thickness. The heat source continually acted one the FGM plates. The temperature distribution of the FGM plates is obtained in different time and different position. Some useful results for heat conduction problems are shown in figures. This article applies HNM to heat conduction firstly and provides us a new way for studying the heat conduction problems.     

三维与二维结合地源热泵地下换热器复合数值模型

建立了一种能够模拟实际气候条件下地源热泵竖直U形管换热器长期换热过程的复合数值模型。模型由一个三维模型和一个适配于实际工程问题的二维管群模型配套组成。其中三维模型输出的暂态模拟结果被用作二维模型的输入边界条件。模型能够在耗费相对较小计算量的同时给出较为准确的长期暂态模拟结果。根据杭州当地覆盖一个供冷季、过渡季及一个供暖季的实测数据,整理研究了土壤热力学能在实际气温及换热器运行条件下的变化规律、进出口水温波动及其影响因素,并分析了长期换热影响下的管群不同深度的温度分布情况。研究发现,经过一个供冷季、过渡季和供暖季后,半径2 m以内的三维计算区域土壤的热力学能上升了0.292 MJ,与仅受气温影响的情况相比,土壤的相对热力学能增量为1.037 MJ,相对温度增量为0.28K,反映出长三角用户对冷量的年需求量明显高于对热量的年需求量,多余热量会随时间推移在土壤中产生热堆积,对换热效率起到负面影响。地下1.5 m观测点的温升曲线峰值滞后于地下0.5 m观测点约2周,反映出沿埋管深度较深的点的温升曲线在相位上整体滞后于深度较浅的点。系统运行条件下,整个供冷季和供暖季,地埋管的出水口水温与同时刻气温温差均值分别为-8.313 K和9.077 K。对管群进一步分析,发现热堆积主要集中在7 m以下的土壤层,且在管群的转角处影响半径更大,并随深度增加而缓解。     

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...