基于TRNSYS地源热泵系统模拟与优化

发布时间：2020-06-12 12:21

【摘要】：随着社会经济的快速发展,生态环境恶化、能源供应紧张,温室效应加剧等一系列问题日益突出。我国作为能源消费大国,政府出台了一系列关于节能减排的相关政策。为了积极响应政府节能减排的号召,地源热泵技术应运而生。地源热泵作为一种利用地热能的可再生能源应用技术,在可持续发展的道路上一直扮演着重要角色。本文将夏热冬冷地区某办公楼地源热泵系统作为研究对象,通过对该系统全年冬夏季工况运行参数的测试与分析,旨在找出地源热泵系统各参数运行规律以及热泵机组COP关键影响因素。利用楼宇监控系统测试其全年运行数据,并从用户侧供水温度,地源侧供回水温度,机组性能系数和耗电量等角度进行分析,结果表明其夏季机组平均性能系数为3.92,冬季机组平均性能系数为4.09,地源热泵系统冷热不平衡问题严重,夏季运行效率相比于冬季欠佳。然后将获得的监测数据作为基础数据,利用随机森林模型分析该系统的各个运行参数对影响机组性能系数的重要程度,结果表明部分负荷率是对机组性能系数变化影响最重要的因素,地源侧回水温度次之。运用TRNSYS仿真模拟软件,以该地源热泵系统为原型,建立仿真系统,旨在模拟分析地源热泵系统长期运行状态,改善系统运行性能。首先是通过实测值与模拟值的对比验证了该仿真模型的准确性。然后以总耗电量为目标函数,针对该系统目前存在的问题以及影响机组性能系数变化重要性较高的变量提出了优化控制策略:根据热泵机组负荷率采用变水温控制,通过控制供水温度间接控制用户侧回水温度,其次制冷工况下地源侧开启冷却塔,并采用定时启停控制策略,水泵与机组启停时间不变。最后利用仿真模型模拟优化前后的地源热泵系统长期运行效果,结果表明优化控制策略下系统运行10年土壤温升仅2.0℃,相比于优化前减少了4.7℃,且系统冬夏季能效比与全年性能系数都高于基准控制策略,优化后系统10年共节约电量143155kWh,节能量为16.2%。
【图文】：

系统原理图,室内设计温度,冷冻水泵,冷却水泵

生无污染但初投资较高。针对地源热泵系统总存在的众多技术难点和问题[30]，国内众多研究人员从建筑特性，控制策略，参数设计等角度对地源热泵系统进行测试和优化[31-34]，旨在能够进一步推动地源热泵技术在实际工程当中的应用。本文基于夏热冬冷地区某地源热泵系统，对其冬夏季的运行工况分别进行监测和分析。2.1 地源热泵空调系统介绍该地源热泵空调系统位于夏热冬冷地区某办公楼内，占地面积约为 2518m2，其中空调面积为 964m2，空调工程系统图如图 2-1 所示。该系统以土壤为其冷热源，夏季制冷冬季供热。夏季室内设计温度 26℃，冬季室内设计温度 20℃，经计算，办公楼空调区域夏季冷负荷为 127kW，冬季的热负荷为 89kW。采用两台水-水模块式地源热泵机组，单台制冷机组制冷量为 69kW，制热量为 59kW，，具体参数见表 2-1。每台机组配有两台全封闭涡旋压缩机，保证机组高效可靠运行。冷冻水泵冷却水泵均为一用一备，工频运行，其中循环水泵可进行变频控制，冷却水泵流量为 44m3/h，功率 4.4kW；冷冻水泵 31.3m3/h，功率 4.1 kW 。

示意图,监测点位,热泵系统,通用控制器

VLC-853 通用控制器现场VLC-1600 通用控制器现场VLC-651R 通用控制器现场VLC-651R 通用控制器现场NET-TH 联网型温湿度传感Envision for BACtalk 工作站（客户端）管理BIG-MODBUS BACnet IO Module 现场系统的监控主要内容包括房间温湿度、新风机组工况参数以针对地源热泵系统的监控主要包括室外参数、控制台、报制、负荷监测以及热泵运行参数等。监测点位分布见图 2用电磁流量计，而系统测试则采用超声波流量计。电能通过要监控制冷机、空调水泵和地源热泵的功率和电能。温湿度送器、水道温度传感器和 HOBO 温湿度记录仪（温度范围湿度范围：15%~95%， 3.5%）。数据采集频率 12 次/h，监致。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU83

【参考文献】