北京地区居住建筑太阳能—土壤源热泵系统联合运行的应用分析

本文针对北京地区的气候条件,选取1栋别墅建筑作为研究对象,利用TRNSYS软件对太阳能—土壤源热泵系统的2种运行模式进行了计算分析。结果表明,与单独土壤源热泵系统相比,在地下换热器尺寸不够时,联合运行模式在蒸发器进水温度、机组COP、节电量等方面有较好的改善作用;对比2种运行模式,可知模式2的运行效果最优,如果单纯地在冬季供暖情况下使用太阳能补热,此运行模式可作为实际工程设计与运行的优化方案;单纯地在供暖季利用太阳能辅助土壤源热泵系统供暖并非经济,应考虑季节性蓄热、非供暖季提供生活热水等途径,以最大限度地利用太阳能系统。     

双蓄式太阳能热水系统的运行优化仿真研究

针对太阳能热水系统集热器效率不高、相变材料(PCM)导热系数低、水箱蓄能密度低的问题,提出了一种双蓄式蓄热装置的太阳能热水系统。采用TRNSYS模拟软件进行系统仿真,研究了不同照度下不同运行模式对太阳能集热器效率的影响,并对不同运行模式下热水负荷的组成进行比较分析。结果分析表明:增加相变蓄热装置能够提高太阳能集热器效率;太阳能集热器效率都是随着水平照度等级的增加而增加,其中组合模式增长最快;在低照度下该系统应进行水-相串联工况运行,在高照度下该系统应进行组合工况运行;并给出了该系统在不同照度水平、不同运行模式下的热水负荷承担的控制策略。     

太阳能-地源热泵复合系统在温室大棚的应用

本文通过分析太阳能-地源热泵复合系统在温室大棚中的应用,介绍了太阳能-地源热泵复合系统的特点与形式,并且结合实际工程案例,总结了太阳能-地源热泵复合系统在设计中应注意的问题,包括太阳能集热器容量的确定,系统的控制策略等。分析表明,太阳能-地源热泵复合系统不仅需要精确的设计计算,还需要制定合适的运行控制策略,否则太阳能季节性蓄热系统能效比大大降低。     

基于TRNSYS的太阳能-空气能高效供暖系统仿真模拟研究

针对内蒙地区农牧民居住建筑设计了一套户用太阳能-空气能高效供暖系统，使用TRNSYS软件搭建了供暖系统模型，模拟供暖季供热系统运行情况，从系统能耗、太阳能集热效率、供热性能系数等方面对比分析了该系统与太阳能复合空气源热泵供暖系统的性能。结果表明，与太阳能复合空气源热泵供暖系统相比，该系统的太阳能集热效率、太阳能转化总效率、供暖季制热性能系数分别提高了34.65%、51.15%、22.62%,该系统利用蓄热水箱低品位热源实现了太阳能高效供热，且节能效果显著。     

太阳能复合热泵系统运行工况分析

文中在多能互补的基础上,设计了太阳能复合热泵系统,该系统充分利用太阳能、污水废热和空气能可实现空调制冷和供热的功能。通过实测该系统的运行工况,得出污水源热泵的性能参数和污水温度及蓄热水箱之间的关系,COP在4.5～1.69之间;通过分析多功能空气源热泵的运行工况,得出不同运行模式下的COP。在不同季节时,分析该系统的联合运行规律,得出各子系统的能量占比。     

基于空气源热泵辅热的复合地源热泵系统应用研究

严寒及部分寒冷地区的地源热泵系统存在冷热失衡问题,对基于空气源热泵辅热的复合地源热泵系统进行研究。在供暖季,室外温度较高时,运行空气源热泵机组来满足建筑热负荷需求,而室外温度较低时,运行地源热泵机组,以此空气源热泵机组承担部分建筑热负荷,减少地源热泵系统取热量。在过渡季,空气源热泵机组作为辅助热源,通过对土壤进行蓄热,进一步降低地源热泵系统冷热不平衡。以北京某项目为例进行分析,其结果为:相比于单一地源热泵系统,基于空气源热泵辅热的复合地源热泵系统通过空气源热泵机组合理、优化运行,可有效减少地源热泵系统取热量,保证地源热泵系统冷热平衡。基于空气源热泵辅热的复合地源热泵系统的供暖综合能效比为2. 3,相比市政热力供暖仍具有一定节能性。     

太阳能-地源热泵系统的运行模拟

以济南市某工程为例,使用DeST软件对该工程进行年逐时负荷模拟,得到冷负荷峰值为313.3 kW,热负荷峰值为293.7 kW,累计年排热量为166 451 kW·h,累计年提热量为210 380 kW·h,热不平衡率为20.88%。利用TRNSYS软件建立了太阳能-地源热泵系统动态模型,并进行模拟分析。当地土壤初始温度均为15.3℃,复合系统的模拟结果显示系统运行20年,地温均值一直保持在14.8~16.4℃的稳定范围内。研究表明:太阳能-地源热泵复合系统具有良好的蓄热能力,提高了太阳能利用率,可有效解决寒冷地区地源热泵的冷热不平衡问题,是解决严寒地区供暖问题的一个重要途径。     

太阳能-地源热泵联合系统地下蓄热特性研究

结合工程实例,对太阳能-地源热泵联合运行系统进行了3种工况的地下蓄热特性测试。对蓄热功率的计算结果表明,太阳能-地源热泵联合系统地下蓄热功率最大值可达203.3kW,平均值达69.09kW,相对于地源热泵单独蓄热功率提高了90%以上,增加了地下蓄热量,提高了地层温度,有利于东北严寒地区地源热泵冬季供暖的高效、稳定运行。     

太阳能辅助地埋管地源热泵系统设计及实例分析

基于热平衡法提出了确定太阳能辅助地埋管地源热泵系统中太阳能集热器面积的方法。针对大连地区一公共建筑,提出了太阳能辅助地埋管地源热泵系统设计方案。采用TRNSYS软件对该系统运行参数进行了仿真模拟,结果显示,在保证建筑供热量的基础上,系统能长期保证热泵源侧换热器所在蓄热土壤平均温度呈周期性一致变化,且冬季热泵机组COP较无集热器工况显著提高。     

太阳能季节性相变蓄热热泵系统在哈尔滨应用的模拟研究

介绍了该系统的原理、组成部分及运行模式。建立了系统数学模型。以CaCl2.6H2O作为相变蓄热材料,以哈尔滨地区应用该系统的某别墅为例,对不同太阳能集热器面积和蓄热体积下的集热量、蓄热装置换热流体进出口温度、相变材料平均温度及蓄热装置散热损失进行了模拟与分析。结果表明,当太阳能集热器面积与蓄热体积匹配合适时,使用较小面积的太阳能集热器集得的热量就可满足建筑物的热负荷需求。     

东北地区太阳能联合地源热泵供暖系统仿真模拟分析

在现有地源热泵模型的基础上,针对并联和串联2种运行模式,建立了太阳能联合地源热泵供暖系统的动态仿真模型。模拟分析了运行模式、传热介质的分流比例和流量对地埋管换热器和太阳能集热器运行效率的影响。结果显示:在串联运行模式下,地埋管换热器具有更高的运行效率,在并联运行模式下,太阳能集热器具有更高的运行效率;地埋管换热器和太阳能集热器的运行效率随着循环介质流量的增大而提高,但对于整个系统而言,循环介质的流量应控制在0.85~1.00kg/s的范围内;并联运行模式下循环介质的分流比例应控制在0.6~0.8的范围内。     

北京办公建筑太阳能-土壤源热泵系统串联运行优化设计

通过阐述太阳能-土壤源热泵系统联合运行2种不同串联运行模式下的工作原理。以北京市某小型办公建筑为例,应用TRNSYS仿真模拟软件建模,对2种串联运行模式下多种太阳能集热系统和地埋管换热系统的组合策略进行为期20年的运行模拟。以模拟结果为基础,综合系统全寿命周期成本以及土壤温度场恢复情况,得到最优设计方案。     

太阳能-地源热泵与地板辐射空调系统联合运行方式探讨

论述了太阳能及地热能作为地板辐射空调系统冷热源的可行性及必要性,提出了一种利用太阳能和土壤热源热泵通过地板辐射空调供暖供冷的方案,讨论了系统在冬夏和过渡季的运行方式。     

蓄热型空气式太阳能集热-空气源热泵复合供暖系统在寒冷地区的应用研究

设计了一种蓄热型空气式太阳能集热-空气源热泵复合供暖系统。该系统具有太阳能供热、太阳能辅助热泵供热和热泵供热3种运行模式,可根据环境工况及供暖负荷的变化自动切换运行模式,保证室内供暖的稳定性。在通辽市的实验研究结果表明:在整个供暖季内,该系统可持续提供42.6℃的热水,维持室内温度在21.3~24.1℃之间;平均COP为3.6,实现了太阳能的高效利用,减少了常规能源的消耗,可节约标准煤21 t;与电供暖、燃煤锅炉供暖及燃气锅炉供暖系统相比,年运行费用可分别降低62.2%、49.1%、46.2%,回收期分别为4.7、9.8、10.3 a。     

集热蓄热空间优化设计研究

集热蓄热墙和附加阳光间这两种被动式太阳能技术,都使用了集热蓄热空间,能够高效地利用太阳能,这种空间可以有效解决部分建筑采暖问题。将集热蓄热空间模式化,并结合不同的模式给出不同的优化策略,可以有效地推动集热蓄热空间在设计中的应用。文章将集热蓄热空间分为构造空间、过渡空间和活动空间三种模式,其中在构造空间模式和过渡空间模式优化设计时,应尽量减小空气间层宽度,活动空间模式在优化设计时可在蓄热墙体外侧设置保温层。     

严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补供暖的部件匹配性

以沈阳某小区的一栋单体建筑为研究对象,利用TRNSYS软件建立了太阳能-地源热泵与热网互补供暖仿真模型,研究了太阳能-地源热泵与热网之间的互补性和太阳能集热器、蓄热水箱及地埋管之间的匹配性。结果表明,在供暖中期,热网投入运行后,经过热网换热后的供水温度明显提高,热泵冷凝器出水平均温度为49℃,换热后的平均温度为53℃,可以满足末端要求。在相同供热量下,太阳能集热器面积每增加1m2,地埋管长度可相应减少约5.6m;热网系统循环水量每增加1m3/h,地埋管长度可减少约50m;太阳能短期蓄热系统中,蓄热水箱容积与太阳能集热器面积的匹配关系为60~80L/m2时,水箱的蓄热效率最高。     

太阳能-地源热泵联合供暖系统数值模拟研究

在北方寒冷地区的冬季,利用地源热泵机组(Ground Source Heat Pump Unit,GSHPU)为建筑物进行供暖是一种新型节能减排模式。由于在采暖期间从土壤中吸收了较多的热量,超过了土壤本身的热修复能力,会造成GSHPU的地埋管所在区域的土壤热稳定性能发生变化,使得其COP值下降,运行功耗增加。针对此问题,提出了太阳能-地源热泵联合供暖系统。该系统在冬季以太阳能热水系统(Solar Water Heating System,SWHS)的运行作为主要供热模式,GSHPU的间歇运行作为辅助供热模式,从而充分利用太阳能并解决阴天等气象因素所带来的集热量不足、供水温度低等的问题。在非供暖季期间,GSHPU停运,而SWHS通过热水循环,对GSHPU地埋管所在的土壤区域进行热量回补,使得土壤温度场稳定,从而确保GSHPU在冬季间歇运行时的高效性。以兰州地区某办公楼的太阳能-地源热泵联合供暖系统作为案例,基于TRNSYS软件,进行数值模拟和分析,验证了该系统的可行性,且节能效果明显。     

严寒地区蓄热式太阳能土壤源热泵耦合系统适用性研究

地源热泵空调系统是一种高效环保的空气调节方式,但在严寒地区的常年运行会导致地下温度降低,影响机组效率。本文提出蓄热式太阳能土壤源耦合系统,以双埋管的串并联蓄热、供热或一供一停等运行模式,保障了土壤温度的平衡。本文基于瞬态模拟软件TRNSYS,对寒冷地区的酒店建筑进行地下土壤温度监测。并以温度为评价指标,根据土壤的蓄、取热量的比值,提出了土壤热平衡率的概念,并论证了太阳能土壤源耦合系统在严寒地区的适用性。     

太阳能与土壤源互补特性的实验研究

基于太阳能与土壤源的互补特性,建立了兼具实验研究和示范使用两种功能的太阳能-土壤源复合热泵系统。利用初步的实验运行结果,分析了跨季蓄热和即时采暖过程中太阳能与土壤源的互补情况。结果表明,蓄热结束时,埋管井和观测井不但恢复了初始平均温度,而且还分别比初始平均温度超出了0.73℃和0.8℃。在土壤源的配合或保证下,冬季太阳能产生的不同温度层次的热量完全可以即时利用于采暖,避免了太阳能的不稳定性,减轻了土壤源的取热负担,也体现了比较明显的节能效果。     

川西藏区空气源热泵运行优化研究

本文基于TRNSYS软件动态模拟平台建立完整的空气源热泵系统模型,结合川西藏区结霜频率的时空分布特征对其聚类中心城市红原、康定、石渠、乡城在典型供暖季全天和蓄热两种运行工况下进行模拟。通过对比两种工况下空气源热泵系统的各种能耗,制热量及系统COP的大小,得出蓄热运行工况下系统COP较高,节能率依次为15.42%、16.30%、16.67%、12.86%,最终提出川西藏空气源热泵运行优化的策略是使机组在蓄热工况下运行。