夏热冬暖地区基于TRNSYS的地源热泵系统模拟和实验研究

论文摘要

本文针对夏热冬暖地区某地源热泵示范项目,应用TRNSYS中的建筑模块、暖通模块和地源热泵模块建立地源热泵系统模拟实验平台,并结合实验测试对该项目地源热泵系统进行模拟与实验研究,本文主要研究内容如下:(1)结合实际工程项目,应用TNRSYS平台,详尽优化设置系统模型各参数,分别搭建建筑逐时负荷模型,地源热泵系统模型。(2)通过对比实验测试结果和模拟计算数据,验证了模型的准确性。通过分析得到:地源热泵系统全年高效稳定运行,夏季机组能效比保持在5.2左右,地埋管进出温差温度趋于4℃左右,换热能力足够满足夏季负荷的需求。冬季机组能效比保持在4.2左右,地埋管进出水温差保持在4.1℃左右。表明了地源热泵系统的高效性和稳定性。(3)结合工程实际运行状况,对系统热平衡问题进行分析,该项目热不平衡率为11.9%。在本项目设定建模条件下,模拟分析10年内土壤平均温度上升约0.5℃,且土壤平均温度上升主要在前5年,5年后土壤平均温度几乎不变。但此模拟分析未考虑太阳能、雨水、地下水渗流对地下温度场恢复的影响,根据课题组实施的多个夏热冬暖地区的地源热泵项目运行多年的情况,自然条件对地下温度场恢复影响较大,本项目条件的热不平衡率对换热系统的影响可几乎忽略不计。(4)针对夏热冬暖地区空调能耗特点,研究了夏季不同室内温度下能耗,当室内设定温度由25℃上升到26℃,空调能耗减少10%,当室内设定温度由25℃上升到27℃,空调能耗减少8%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 地源热泵技术模拟研究现状
• 1.2.1 地埋管模拟模型
• 1.2.2 土壤热物性模拟研究
• 1.2.3 地下温度场模拟
• 1.2.4 不同类型建筑模拟
• 1.2.5 系统运行性能模拟
• 1.3 地源热泵系统的实验研究现状
• 1.3.1 地埋管换热器
• 1.3.2 系统运行性能
• 1.4 存在问题
• 1.5 研究内容
• 第二章 实验平台、研究方法及实验方法
• 2.1 地源热泵系统简介
• 2.1.1 工程简介
• 2.1.2 系统设计特点
• 2.1.3 建筑设计负荷
• 2.1.4 工程所在地地质结构及土壤特征
• 2.1.5 地下埋管换热器换热能力计算
• 2.2 实验方案简介
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 数据处理
• 2.3 本章小结
• 第三章 地源热泵系统TRNYS模型建立及参数选择
• 3.1 TRNSYS软件及系统仿真路线介绍
• 3.1.1 TRNSYS软件简介
• 3.1.2 地源热泵的TRNSYS系统与模块
• 3.1.3 TRNSYS地源热泵系统仿真信息流程图和仿真路线介绍
• 3.2 夏热冬暖地区气候特点及仿真气象参数选择
• 3.2.1 夏热冬暖地区气候特征
• 3.2.2 仿真气象参数选择
• 3.3 建筑逐时负荷模型
• 3.3.1 建筑围护信息
• 3.3.2 建筑室内设计参数
• 3.3.3 建筑空调时间安排
• 3.3.4 建筑逐时仿真模型的搭建
• 3.4 地源热泵热水系统模型
• 3.4.1 地源热泵热水仿真模型搭建
• 3.4.2 模块简介
• 3.4.3 模拟平台相关参数数学模型简述
• 3.5 地源泵空调系统模型
• 3.5.1 模拟平台相关数学参数及其模型简述
• 3.6 地源热泵热水—空调模型
• 3.7 地源热泵系统模型计算假设
• 3.8 本章小结
• 第四章 地源热泵系统模拟及实验分析
• 4.1 夏季实验测试结果与模拟计算对比分析
• 4.1.1 制冷工况土壤换热器进出口温度与空调供回水温度对比分析
• 4.1.2 空调制冷量、土壤换热器排热量、机组功率、EER模拟和实测分析
• 4.2 冬季实验测试结果与模拟计算对比分析
• 4.2.1 制热工况土壤地换热器进出口温度与空调供回水温度对比分析
• 4.2.2 空调制热量、土壤换热器排热量、机组功率、COP模拟和实测分析
• 4.3 热水工况实验结果和模拟计算分析
• 4.3.1 循环加热制热水实验结果和模拟计算对比分析
• 4.3.2 冷热联供制取生活热水机组能效比分析
• 4.4 系统全年模拟分析
• 4.4.1 冬季系统运行性能分析
• 4.4.2 夏季系统运行性能分析
• 4.5 系统热平衡分析
• 4.5.1 热不平衡率分析
• 4.5.2 土壤平均温度分析
• 4.6 能耗分析
• 4.6.1 夏季不同空调设定温度下能耗分析
• 4.6.2 系统经济性分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文