动态负荷下地源热泵性能研究
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摘要
我国建筑能耗在社会总能耗的比例在逐渐提高,国家在“十五”和“十一五”的发展纲要中,把建筑节能放在了一个很重要的位置上。建筑节能的重点是提高暖通空调的能源利用效率。
地源热泵系统利用大地作为低位冷热源为室内提供冷热量。从调查看,如果地源热泵的设计或运行管理不完善,会导致地下换热器的性能严重下降,系统的.能耗增高,甚至系统完全瘫痪,无法使用。这势必给新技术的推广系统带来巨大阻碍。
本文从负荷分析着手,着重分析了不同地区、不同建筑的负荷分布特性和规律,总结了这些建筑的日变化负荷特性、各种天气过程中的负荷变化特性、以及季节变化特性,找到了影响地源热泵性能的负荷特征和特征参数。这些特征参数直接决定了不同类型建筑的地源热泵的用冷、用热总量。冷热总量的分布特性也决定了在有限的地下埋管空间内,换热器否能长期保持良好的换热状态,同时也决定了地源热泵系统能否保持多年可持续运行。
地下换热器的动作直接来自水源热泵机组的运行状态,而水源热泵运行状态的改变由室内负荷的变化来控制。因此,负荷特征同时也决定了地下换热器的换热性能。在本文中,首先对影响换热器换热性能的各种参数进行了分析,根据这些影响参数结合负荷分布特点分析了地下换热器在日动态负荷影响下对换热器周围地温的影响;分析了各种天气过程的负荷变化影响下对地下换热器换热性能的影响,这些影响决定了地下换热器短时间内运行的可靠性和安全性,同时利用层换热理论对冬夏季节两种冷热负荷状态下,地下换热器所能承担的最大释冷量和最大释热量的影响特征作了阐述。提出了在动态负荷条件下换热器的三区换热理论,利用该换热理论对地下换热器的换热机理进行了分析,得到了评价换热器换热性能的评价指标。找到了在上述状态下地源热泵地下换热器周围土壤温度的分布规律和温度水平,在这些状态下土壤温度的分布直接影响到了地源热泵系统提取低位能源的能力。
由于地下换热器换热能力的动态变化,反过来又影响了水源热泵机组的运行条件。因此,本文对地源热泵的主要运行设备-水源热泵的动态特性进行了研究,找到了水源热泵是否高效运行的关键是地下换热器换热能力和室内负荷的匹配,这两者匹配不当,地源热泵系统就不能正常运行。论文根据神经元网络分析方法拟合了水源热泵机组运行特性曲线,找到了源水侧流量温度和负荷侧流量温度对水源热泵机组的影响规律,得到了耦合公式。地源热泵的运行能效直接由水源热
The proportion of building energy consumption to total social energy consumption is increasing gradually, thus in the national development guideline of“tenth five year plan”and“twelve five year plan”, the building energy saving had and has been put on critical place. The building energy saving mainly emphasizes on the enhancement of utility efficiency of HVAC.
In the Ground Source Heat Pump System, the earth was a lowstand heat/cold source to provide the heat and cold energy. Investigations indicated that the imperfectly designing or operating of the system would lead to the serious drop in performance of ground heat exchanger for GSHP and the increase in energy consumption, more seriously, cause the system crash down, which is to bring great barriers of the promotion and popularization of the new technology.
In this article the author began with the analysis of load, in which the characteristics and patterns of the load distribution in various regions and buildings were analyzed intensely, the daily and seasonal load changes features and load changes in various climate were summarized, the specific loads and parameters which affect the performance of Ground Source Heat Pumps were found. These parameters directly determined the total cold and heat energy amount of GSHPs used in various buildings. The distribution characteristics of the cold and heat energy determine whether or not the heat exchangers could keep the good performance in the long run in the limited buried places, which in turn decided the years of the effective operation of Ground Source Heat Pump Systems.
The dynamic action of grounded heat exchangers directly determined the performance of Water Source Heat Pump Set which was controlled by the changes of indoor loads. The load characteristics meanwhile determine the heat exchanging performance of grounded heat exchangers. In this article, the various parameters affecting the exchangers’performance were analyzed. According to the parameters, combined with load distribution features, the affects of heat exchangers on surrounding earth temperature under the daily dynamic load and the affects on exchangers’performance due to the load changes in various climates were analyzed. The reliability
地源热泵系统利用大地作为低位冷热源为室内提供冷热量。从调查看,如果地源热泵的设计或运行管理不完善,会导致地下换热器的性能严重下降,系统的.能耗增高,甚至系统完全瘫痪,无法使用。这势必给新技术的推广系统带来巨大阻碍。
本文从负荷分析着手,着重分析了不同地区、不同建筑的负荷分布特性和规律,总结了这些建筑的日变化负荷特性、各种天气过程中的负荷变化特性、以及季节变化特性,找到了影响地源热泵性能的负荷特征和特征参数。这些特征参数直接决定了不同类型建筑的地源热泵的用冷、用热总量。冷热总量的分布特性也决定了在有限的地下埋管空间内,换热器否能长期保持良好的换热状态,同时也决定了地源热泵系统能否保持多年可持续运行。
地下换热器的动作直接来自水源热泵机组的运行状态,而水源热泵运行状态的改变由室内负荷的变化来控制。因此,负荷特征同时也决定了地下换热器的换热性能。在本文中,首先对影响换热器换热性能的各种参数进行了分析,根据这些影响参数结合负荷分布特点分析了地下换热器在日动态负荷影响下对换热器周围地温的影响;分析了各种天气过程的负荷变化影响下对地下换热器换热性能的影响,这些影响决定了地下换热器短时间内运行的可靠性和安全性,同时利用层换热理论对冬夏季节两种冷热负荷状态下,地下换热器所能承担的最大释冷量和最大释热量的影响特征作了阐述。提出了在动态负荷条件下换热器的三区换热理论,利用该换热理论对地下换热器的换热机理进行了分析,得到了评价换热器换热性能的评价指标。找到了在上述状态下地源热泵地下换热器周围土壤温度的分布规律和温度水平,在这些状态下土壤温度的分布直接影响到了地源热泵系统提取低位能源的能力。
由于地下换热器换热能力的动态变化,反过来又影响了水源热泵机组的运行条件。因此,本文对地源热泵的主要运行设备-水源热泵的动态特性进行了研究,找到了水源热泵是否高效运行的关键是地下换热器换热能力和室内负荷的匹配,这两者匹配不当,地源热泵系统就不能正常运行。论文根据神经元网络分析方法拟合了水源热泵机组运行特性曲线,找到了源水侧流量温度和负荷侧流量温度对水源热泵机组的影响规律,得到了耦合公式。地源热泵的运行能效直接由水源热
The proportion of building energy consumption to total social energy consumption is increasing gradually, thus in the national development guideline of“tenth five year plan”and“twelve five year plan”, the building energy saving had and has been put on critical place. The building energy saving mainly emphasizes on the enhancement of utility efficiency of HVAC.
In the Ground Source Heat Pump System, the earth was a lowstand heat/cold source to provide the heat and cold energy. Investigations indicated that the imperfectly designing or operating of the system would lead to the serious drop in performance of ground heat exchanger for GSHP and the increase in energy consumption, more seriously, cause the system crash down, which is to bring great barriers of the promotion and popularization of the new technology.
In this article the author began with the analysis of load, in which the characteristics and patterns of the load distribution in various regions and buildings were analyzed intensely, the daily and seasonal load changes features and load changes in various climate were summarized, the specific loads and parameters which affect the performance of Ground Source Heat Pumps were found. These parameters directly determined the total cold and heat energy amount of GSHPs used in various buildings. The distribution characteristics of the cold and heat energy determine whether or not the heat exchangers could keep the good performance in the long run in the limited buried places, which in turn decided the years of the effective operation of Ground Source Heat Pump Systems.
The dynamic action of grounded heat exchangers directly determined the performance of Water Source Heat Pump Set which was controlled by the changes of indoor loads. The load characteristics meanwhile determine the heat exchanging performance of grounded heat exchangers. In this article, the various parameters affecting the exchangers’performance were analyzed. According to the parameters, combined with load distribution features, the affects of heat exchangers on surrounding earth temperature under the daily dynamic load and the affects on exchangers’performance due to the load changes in various climates were analyzed. The reliability
引文
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[3] 王宁,节能、节地、节水、节材,城乡建设,2005 年 5 月,P7~13
[4] 孙克放、董晔,节能省地型住宅全方位发展,城市开发,2005 年 2 月, P14~15
[5] 魏唐棣,地源热泵地下套管式埋管换热器性能分析,博士论文,重庆大学,2001
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[12] 张佩芳,地源热泵在国外的发展概况及其在我国应用前景初探. 制冷与空调. 第 3 卷, 第 3 期 2003 年 6 月
[13] Current status of ground source heat pumps and underground thermal energy storage in Europe Sanner, B. et al. Geothermies, 2003, 32, (4-6), 579-588
[14] Larger geothermal heat pump plants in the central region of Germany,Sanner, B. et al. Geothermies, 2003, 32, (4-6), 589-602
[15] Padhmanabhan, Sankaranarayanan K. ,Modeling, verification and optimization of hybrid ground source heat pump systems in EnergyPlus,OKLAHOMA STATE UNIVERSITY,
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