动态负荷下混合式土壤源热泵的模拟研究

论文摘要

本文对国内外冷却塔-土壤源混合式热泵的研究现状和应用状况进行了综合的分析，针对冷负荷远远大于热负荷类的建筑物，指出了冷却塔-土壤源混合式热泵在此类建筑应用的重要性和可行性。针对青岛地区的某建筑物的冷却塔-土壤源混合式热泵系统，以TRNSYS软件为平台，建立模型对冷却塔-土壤源热泵系统进行模拟研究。以青岛地区采用冷却塔-土壤源混合式热泵系统的建筑物为例，首先用TRNSYS软件对其进行全年动态负荷计算，得建筑物的全年逐时负荷曲线，通过求和得到全年冷负荷总量和热负荷总量，然后根据冷却塔承担的负荷不同，提出了几种可行性方案，采用已有的冷却塔-土壤源混合式热泵系统的选型方法，对照计算出的逐时负荷，对各个方案的系统的主要设备进行选型。以TRNSYS为平台，对不同方案的冷却塔-土壤源混合式热泵系统的长年运行模拟计算，模拟结果表明：对于冷负荷大于热负荷的建筑物，采用冷却塔-土壤源混合式热泵系统，如果冷却塔承担的负荷偏小或冷却塔的承担的负荷偏大，不节能，且增加了夏季冷却塔的运行费用。通过计算结果得到，冷却塔承担的负荷总量占夏季冷负荷总量的50%时，冷却塔容量与地埋管的配比方案是最节能的。对于不同方案，由于冷却塔的的设计负荷不同，则地埋管向土壤释放的热量不同，这将影响地埋管的进出口水温，冷却塔承担的负荷越大，地埋管的出水温度越低，系统的运行效率越高。初始投资与运行费用跟地埋管的数量和冷却塔的容量存在一定的关系，采用冷却塔做辅助冷源，可以降低系统的初始投资。最后对节能方案进行长时间的模拟计算，通过分析地埋管的出水温度，得到采用冷却塔-土壤源混合式热泵系统，有利于地埋管周围土壤温度场的恢复。通过综合分析来看，五种方案中，方案四是最佳的方案。本为对冷却塔容量与地埋管的不同配比方案，通过TRNSYS软件进行进行模拟研究，寻找出最佳的配比方案。采用仿真模拟不仅节省了人力、物力和财力，还节省时间，并能做长时间的模拟计算。研究结果表明，采用混合式热泵解决了冷热负荷偏大的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2 混合式土壤源热泵系统的研究历史及现状
• 1.3 混合式土壤源热泵系统的介绍
• 1.3.1 混合式土壤源热泵系统的原理
• 1.2.2 混合式土壤源热泵系统的组成
• 1.3.3 混合式土壤源热泵系统的特点
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 冷却塔—土壤源混合式热泵系统
• 2.1 工程概况
• 2.2 建筑物的逐时负荷
• 2.3 建筑物空调设计
• 2.4 冷却塔—土壤源混合式热泵设备的选择计算
• 2.4.1 热泵机组的选择
• 2.4.2 地埋管和冷却塔的选择计算
• 2.4.3 循环水泵的选择
• 2.5 混合式热泵系统的运行控制策略
• 2.6 本章小结
• 第3章 冷却塔与土壤源热泵系统仿真部件的模型
• 3.1 热泵机组的模型
• 3.2 地埋管换热器模型
• 3.3 冷却塔的模型
• 3.4 风机盘管模型
• 3.5 水泵及分集水器模型
• 3.5.1 定速泵的数学模型
• 3.5.2 分水器模型
• 3.5.3 集水器的模型
• 3.6 冷却塔—土壤源混合式热泵 TRBSYS 仿真
• 3.6.1 TRNSYS 软件介绍
• 3.6.2 冷却塔—土壤源混合式热泵仿真系统的建立
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统模拟结果分析
• 4.1 仿真系统参数的确定
• 4.1.1 热泵机组模型参数的确定
• 4.1.2 地埋管换热器参数的确定
• 4.1.3 冷却塔模型参数的确定
• 4.2 仿真部件之间的连接
• 4.2.1 仿真系统中仿真模型的连接
• 4.2.2 仿真系统中控制器与设备的连接
• 4.3 仿真结果的分析
• 4.3.1 不同配比方案的能耗模拟结果
• 4.3.2 不同配比对地埋管进出口水温度影响
• 4.3.3 经济性分析
• 4.3.4 土壤温度恢复分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作