混合式地源热泵系统不同控制策略的分析与比较

摘要

本文参考了混合式地源热泵系统在国内外的发展态势，综合考虑了其在工程设计及应用中存在的各种问题，对混合式地源热泵系统中最常见的两种型式：冷却塔—地源热泵系统和锅炉—地源热泵系统分别进行模拟研究，提出了适用于不同系统的最佳控制策略及优化建议。 本文根据混合式地源热泵系统的适用区域及我国的气候特点，分别选取了武汉和哈尔滨两个代表城市，并以某一小型办公楼建筑为对象，设计了上述两套混合式地源热泵系统。通过利用瞬时系统模拟软件TRNSYS对两种混合式地源热泵系统在不同控制策略下的长期仿真运行，分析比较了各控制策略下的热平衡及能耗状况。根据模拟所得数据分别计算了系统几大部件的峰电用电量、谷电用电量、年均用电量、总用电量等项目，并按照分段计价原则粗算了运行费用。 本文以混合式地源热泵系统长期运行的热平衡效果和能耗两项为主要指标，分析总结出以下结论： 对于冷却塔—地源热泵系统，以热泵出口流体与环境湿球温度差为控制参数的温差控制为最佳方案。该控制策略全年及长期运行热平衡效果最好，同时运行费用最低；充分利用了地埋管换热器及土壤的蓄冷能力，冬季蓄积冷量，春、夏、秋季条件最有利时释放热量。 对于锅炉—地源热泵系统，热泵进口流体最低温度控制为最佳方案。该控制策略全年及长期运行热平衡效果最好，同时运行费用最低；避免了长时间开启辅助加热设备引起的能源浪费。 本文最后在最佳控制策略的基础上分析了有关混合式地源热泵系统优化的途径和方法，为其进一步的应用及推广提供一定的参考。