动态负荷下地源热泵运行特性研究

摘要

随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，能源的需求量也越来越多。与此同时，由于人类工业活动变得越来越频繁，地球环境的质量也正在逐步恶化。地源热泵系统正是伴随着全球能源危机与环境破坏而出现的一种区别于传统空调技术的新型的空调系统。
　　 典型的地源热泵系统由三个环路组成，即地下换热器(GHE)水环路，制冷剂循环环路和用户侧水环路。地下埋管换热器的动作直接受到热泵机组的控制，而热泵机组的动作又受到室内负荷的影响，而室内的冷热负荷是动态变化的，因此地下埋管换热器和热泵机组的运行状态也是动态变化的，而且地下换热器运行状态的改变反过来又会影响热泵机组的运行状态，因此这三个环路之间是相互耦合的。为了让地源热泵机组达到最佳的运行状态就必须使各个环路之间进行合理的匹配，如果匹配不当，系统就无法正常运行。
　　 本文提出了以建筑物动态负荷作为基本输入变量来分析地源热泵系统动态运行特性的观点。首先针对南京市某特定的建筑物，运用建筑能耗模拟软件DeST建立模型，对其进行了全年逐时动态负荷的模拟；其次利用钻孔外有限长线热源模型和钻孔内二维导热模型建立了地下换热器进出水温度和单位井深换热量之间的动态耦合关系；然后利用多元线性回归分析的方法建立了地源热泵机组的模型，分析了热泵机组与用户侧水环路和地源侧水环路的耦合关系，并得到了耦合公式；最后利用热泵机组负载侧出水温度和地源侧进水温度作为三个环路连接的桥梁，以建筑物全年动态负荷作为基本输入，运用VB语言编写计算机程序，对地源热泵系统一系列运行参数全年的动态响应进行了仿真。仿真的结果显示了地源热泵系统在全年的运行过程中为适应建筑物负荷的动态变化所进行的动态调整过程的规律，由此结果可以对地源热泵系统进行优化运行的设计与分析。与此同时，为解决热失衡的问题，本文对带有冷却塔的混合地源热泵系统的动态运行特性进行了仿真。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.1.1 能源现状的分析

1.1.2 环境现状的分析

1.1.3 可再生能源的提出

1.2 国内外发展与研究现状

1.3 本论文的主要研究工作

第二章 地下埋管换热器传热模型

2.1 概述

2.2 地下埋管换热器的类型

2.3 地埋管换热器传热研究方法

2.4 地下换热器传热模型

2.4.1 钻孔外有限长线热源模型

2.4.2 G—Function

2.4.3 阶跃负荷下土壤温度响应

2.4.4 钻孔内传热分析

2.5 动态响应的模拟

2.6 模型的实验验证

2.7 本章小结

第三章 全年动态负荷下地源热泵系统运行仿真模拟

3.1 概述

3.2 负荷总量累积特征分析

3.3 建筑负荷模拟技术的发展

3.4 DeST简介

3.4.1 DeST概述

3.4.2 DeST特点

3.4.3 DeST的软件结构

3.5 建筑物概述

3.6 建筑物动态负荷计算及结果分析

3.7 地源热泵机组与地源侧及用户侧耦合关系分析

3.8 地源热泵动态响应编程计算

3.9 计算结果及分析

3.9.1 日运行特性分析

3.9.2 全年运行特性分析

3.10 本章小结

第四章 混合地源热泵系统的动态模拟

4.1 混合地源热泵概述

4.2 冷却塔的传热、传质研究

4.3 冷却塔三变量方程模型

4.4 混合地源热泵系统的控制策略

4.5 混合地源热泵动态特性分析

4.5.1 概述

4.5.2 日动态特性分析

4.5.3 全年动态特性分析

4.6 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 本文的主要工作及结论

5.2 展望

参考文献

致谢

研究生期间所发表论文