混合式地源热泵系统运行策略及控制研究

论文摘要

土壤源热泵是一种消耗少量的高位能获取更多低位能的空调系统,该系统具有高效节能、环境污染小、运行稳定可靠、运行费用低等优点。但由于建筑冷热负荷相差较大,使地下吸放热量不平衡导致系统不能长期稳定的运行,从而使热泵技术在推广和工程应用上遇到较大的阻碍。因此必须对其地下进行热平衡性分析,根据不同的运行方式,提出合理的控制方案,使其能够长期高效运行本文对我国的能源利用现状、地源热泵系统的优势和原理,以及国内外土壤源热泵系统的研究和应用状况进行了综合性的分析；针对冷负荷大于热负荷类建筑的特点,在保证热平衡性的基础上,根据已有的控制策略对冷却塔—地埋管热泵系统的串并联连接形式进行理论分析。文中以长沙市某工程新建医技楼为例,首先利用DeST软件计算出其全年动态逐时冷热负荷,并采用已有的冷却塔—土壤源混合式热泵系统选型方法,利用已有的现场测试数据,对照所计算出的逐时负荷,选出该系统所需的主要设备和确定地埋管数量、形式和深度,以保证满足冬季所需热负荷为主。同时建立冷却塔和地埋管联合运行的三种模式：并联连接和串联连接,以及一个常规地源热泵系统运行模式。利用某模拟软件,针对常规的地源热泵系统进行模拟,论证了冷热负荷不均的情况下必须使用冷却塔,以保证地源热泵系统能够长期运行；针对串联连接的控制策略,模拟控制冷却塔系统的开启时间,发现案例在上午6点到晚上20点运行冷却塔系统能实现地下热平衡的要求。最后,分析了并联连接的四种运行方式及相关的控制条件,对方案三和方案四进行模拟分析,得出案例同样能保证地下的热平衡性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 我国能源丰富、人均资源不足
• 1.1.2 我国能源消耗结构中煤炭比重较大
• 1.1.3 我国能源利用率低
• 1.2 地源热泵技术的发展优势及应用分析
• 1.2.1 地源热泵技术的发展优势
• 1.2.2 地源热泵技术的应用分析
• 1.3 地源热泵技术在国内外研究现状及动态
• 1.3.1 国外的研究现状与动态
• 1.3.2 国内的研究现状与动态
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 建筑负荷计算和竖直U型埋管参数确定
• 2.1 工程概述
• 2.1.1 建筑基本信息
• 2.1.2 外墙平均热工参数
• 2.1.3 外窗热工参数
• 2.1.4 屋顶平均热工参数
• 2.1.5 墙体和屋顶的材料构成
• 2.2 建筑动态负荷逐时计算结果分析
• 2.2.1 建筑动态负荷计算结果分析
• 2.3 竖直U型地埋管参数确定
• 2.3.1 测试原理和设备介绍
• 2.3.2 线源模型计算式
• 2.3.3 初始平均地温测试
• 2.3.4 土壤导热系数
• 2.3.5 地理管导热热阻计算
• 2.3.6 地理管长度计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 热泵系统热平衡性分析、设备选型及控制策略
• 3.1 地埋管热泵系统热平衡性分析
• 3.1.1 地埋管热泵系统热不平衡性产生原因
• 3.1.2 热不平衡性解决办法
• 3.2 热泵系统设备选型设计
• 3.2.1 地源热泵机组选型
• 3.2.2 水泵选型
• 3.2.3 冷却塔选型
• 3.2.4 与冷却塔配套的冷却水泵一台
• 3.2.5 地埋管参数确定
• 3.3 控制策略分析
• 3.3.1 常规地埋管热泵系统运行分析
• 3.3.2 串联式地埋管热泵系统控制策略分析
• 3.3.3 并联式地埋管热泵系统控制策略分析
• 3.3.4 系统示意图
• 3.4 本章小结
• 第4章 混合式热泵系统的运行方式及控制条件研究
• 4.1 混合式地源热泵系统并联连接的运行方式研究
• 4.2 混合式地源热泵系统运行方式的控制条件分析
• 4.2.1 方案一的控制条件分析
• 4.2.2 方案二的控制条件分析
• 4.2.3 方案三的控制条件分析
• 4.2.4 方案四的控制策略分析
• 4.2.5 方案三和方案四的地下热平衡性模拟
• 4.3 本章小节
• 结论
• 1. 总结
• 2. 展望
• 参考文献
• 致谢