地源熱泵巖土熱響應(yīng)測試與系統(tǒng)性能仿真.pdf

1、熱響應(yīng)測試是地源熱泵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)熱響應(yīng)測試需要穩(wěn)定的輸入功率，輸入功率微小的波動(dòng)即會(huì)造成測試結(jié)果較大的誤差。另外，傳統(tǒng)熱響應(yīng)測試只能得到土壤的導(dǎo)熱系數(shù)而不能直接得出地源熱泵設(shè)計(jì)所必須的埋管井熱阻與土壤熱容。本文提出了變工況的熱響應(yīng)傳熱模型，并采用現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。熱響應(yīng)測試過程中，加熱功率可以調(diào)節(jié)為任意值，而且不受中途停電等外界因素的干擾。通過數(shù)值計(jì)算可以得到更加準(zhǔn)確的土壤導(dǎo)熱系數(shù)，并且，通過熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接獲得埋

2、管井熱阻與土壤熱容。
　　對(duì)于存在多個(gè)埋管井的地源熱泵系統(tǒng)，采用單井模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符，如果要建立三維井群計(jì)算模型，其工作量特別巨大，并且調(diào)整井的布局、井間距以及增減井?dāng)?shù)都必須重新建立邊界條件。本文提出了有限無邊界模型，首先假定井群中每口井都是中心井，使得地埋管井群的邊界條件變得簡單，當(dāng)設(shè)計(jì)調(diào)整時(shí)，只需改變井間距、井?dāng)?shù)等參數(shù)即可重新對(duì)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行仿真。由于該模型只有在井?dāng)?shù)無窮大時(shí)成立，因此本文提出采用井群系數(shù)來修正該模型

3、，以減小計(jì)算誤差，當(dāng)井?dāng)?shù)為1時(shí)，井群系數(shù)為0；當(dāng)井?dāng)?shù)無窮大時(shí)，井群系數(shù)為1；當(dāng)井?dāng)?shù)為某一具體數(shù)值時(shí)，井群系數(shù)通過計(jì)算獲取。實(shí)驗(yàn)表明，仿真結(jié)果與測試結(jié)果吻合度較高。
　　地源熱泵系統(tǒng)在絕大多數(shù)地區(qū)都存在地下?lián)Q熱系統(tǒng)冬夏不平衡問題。在中國長江流域，夏季地下排熱量約為冬季取熱量的3倍以上，單獨(dú)的地源熱泵系統(tǒng)會(huì)造成地埋管換熱系統(tǒng)不可持續(xù)運(yùn)行。在仿真運(yùn)行時(shí)，本文采用地源熱泵結(jié)合冰蓄冷系統(tǒng)，冰蓄冷系統(tǒng)制冷機(jī)冷凝熱通過冷卻塔排出，通過地源熱泵與

4、冰蓄冷系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合運(yùn)行，一方面可以解決地下冬夏平衡問題，另一方面利用峰谷電價(jià)差節(jié)省空調(diào)使用費(fèi)用。
　　根據(jù)系統(tǒng)仿真的需要，本文建立了冰蓄冷制冰過程的仿真模型。仿真模型將制冰過程分為三個(gè)階段：顯熱降溫、消除過冷和潛熱蓄冷階段。在每個(gè)階段都建立了相應(yīng)的傳熱模型。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了制冰模型計(jì)算結(jié)果的正確性和可靠性。
　　在夏季，地源熱泵結(jié)合冰蓄冷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)地源熱泵、雙工況制冷機(jī)和蓄冰裝置三者的單獨(dú)供冷，也可以

5、任意二者聯(lián)合供冷或三者同時(shí)供冷。如何使三者在協(xié)同供冷的情況下，既滿足空調(diào)負(fù)荷，又兼顧地源熱泵冬夏平衡問題和使系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用最低，本文建立了負(fù)荷預(yù)測與優(yōu)化控制模型。在負(fù)荷預(yù)測方面，建立了模糊識(shí)別模型，使得預(yù)測更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定，優(yōu)化控制模型采用了分步尋優(yōu)的計(jì)算方法。該軟件應(yīng)用到了一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中，并得到了驗(yàn)證。
　　最后，本文將熱響應(yīng)測試、地源熱泵井群模型、冰蓄冷模型、負(fù)荷預(yù)測與優(yōu)化控制模型集成到了一個(gè)設(shè)計(jì)仿真軟件中，軟件可以根據(jù)全年動(dòng)態(tài)負(fù)