基于TRNSYS地埋管地源热泵变流量系统仿真研究

发布时间：2017-05-29 18:12

  本文关键词：基于TRNSYS地埋管地源热泵变流量系统仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地埋管地源热泵系统作为一种较为节能的空调形式,在我国已得到普遍的使用。在地埋管地源热泵系统中,水泵的运行能耗约占系统总运行能耗的20%～30%,故水泵的运行能耗是制约热泵系统节能运行的重要因素。但目前对于地埋管地源热泵水系统变流量运行的研究还不是很充分,特别是负荷侧、地源侧同时变流量系统。故在地埋管地源热泵系统中,水泵运行的节能性还有待挖掘。本文的研究内容和成果如下：(1)应用TRNSYS仿真软件建立的建筑负荷模型,对建筑的冷热负荷进行了动态模拟。指出在应用TRNSYS软件对建筑冷热负荷进行动态模拟时,为了提高计算的精确度,负荷计算的“启停”应与空调系统的启停同步。(2)建立了基于温差控制的变频泵数学模型,并基于TRNSYS软件开发了变频泵模块。此变频泵模块不但适用于多台水泵并联运行,还适用于水泵运行台数随着冷热负荷变化而变化的系统。根据TRNSYS仿真软件的特点,提出了两种应用此模块进行仿真的方法,选用了其中的一种方法,对地源热泵负荷侧变流量系统进行了建模,并对变频泵模块进行了模型检验。(3)根据DOE-2模型和多元多项式回归模型建立了适用于水系统变流量运行的水-水热泵机组数学模型,指出了DOE-2模型与多元多项式回归模型各自的优缺点和应用场合,并基于TRNSYS软件开发了水-水热泵机组模块,并对水-水热泵机组模块做了模型检验。(4)针对TRNSYS软件,根据建筑规模的大小,提出了两种地埋管换热器的设计流程,采用其中一种方法对地埋管换热器进行了设计,并对热泵系统整个生命周期做了动态模拟。(5)应用TRNSYS仿真软件对地源侧变流量系统进行仿真研究,得出当地源侧采用变流量运行时,在冬季制热工况下,地埋管出水温度比采用定流量运行时高,在夏季制冷工况下,地埋管出口温度比采用定流量运行时低的结论。由此可以推断出当地源侧采用变流量运行时,地埋管换热器的换热能力完全满足整个系统的需求。(6)通过方案对比的方法对地埋管地源热泵系统负荷侧、地源侧同时变流量运行进行了可行性研究。所给方案有以下三种：方案一：地埋管地源热泵系统负荷侧、地源侧定流量运行。方案二：地埋管地源热泵系统负荷侧变流量、地源侧定流量运行。方案三：地埋管地源热泵系统负荷侧、地源侧同时变流量运行。在能耗对比之前,通过TRNSYS仿真软件对方案二、方案三系统中变频泵冬夏季最小运行频率进行了寻优计算。通过对三种方案的能耗分析得出,就节能性而言,方案三方案二方案一。以方案一为比较基准,对方案三进行了经济性分析,得出投资回收期为2年。由此得出结论：地埋管地源热泵系统负荷侧、地源侧同时变流量系统不但可行,而且具有较好的节能性与经济性。
【关键词】：地埋管地源热泵 变频泵 水-水热泵机组 数学模型 变流量 能耗模拟 TRNSYS
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 课题研究意义13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国外研究现状13-14
• 1.3.2 国内研究现状14-15
• 1.4 本课题研究主要内容15-16
• 第2章 建筑负荷动态模拟16-27
• 2.1 建筑负荷动态模拟的必要性16
• 2.2 TRNSYS多区域建筑负荷模型简介16-18
• 2.3 建筑模型的建立18-20
• 2.3.1 建筑概况18-19
• 2.3.2 室内设计参数19-20
• 2.4 建筑负荷动态模拟20-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 基于温差控制的变频泵模块开发27-46
• 3.1 问题的提出27-28
• 3.2 变频泵数学模型的建立28-35
• 3.2.1 管网阻抗求解28-30
• 3.2.2 变频泵工况点求解30-33
• 3.2.3 变频泵输入功率求解33-35
• 3.3 TRNSYS变频泵模块开发35-39
• 3.3.1 变频泵模块程序编写35-37
• 3.3.2 Type271相对于Type748的改进与简化37-38
• 3.3.3 变频泵计算程序在TRNSYS中的应用38-39
• 3.4 变频泵模块TYPE271的仿真与验证39-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 水-水热泵机组模块开发46-64
• 4.1 问题提出46-51
• 4.2 水-水热泵机组数学模型建立及求解51-61
• 4.2.1 DOE-2模型52-57
• 4.2.2 多元多项式归回模型57-60
• 4.2.3 DOE-2模型与多元多项式归回模型的优缺点与适用范围60-61
• 4.3 水-水热泵机组模块开发61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 地埋管换热器设计64-70
• 5.1 TRNSYS竖直地埋管换热器传热模型简介64
• 5.2 地埋管换热器设计计算64-69
• 5.2.1 地埋管换热器钻孔数量估算64-65
• 5.2.2 TRNSYS仿真模拟计算65-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 地埋管地源热泵系统负荷侧、地源侧同时变流量仿真研究70-90
• 6.1 空调水系统变流量运行的可行性70-72
• 6.2 水-水热泵机组群控及变频泵控制策略72-74
• 6.2.1 水-水热泵机组群控策略72-73
• 6.2.2 变频泵控制策略73-74
• 6.3 地源侧变流量运行仿真研究74-78
• 6.3.1 地源侧变流量系统仿真模型74-75
• 6.3.2 地源侧变流量仿真模拟及数据分析75-78
• 6.4 地埋管地源热泵系统负荷侧、地源侧同时变流量可行性分析78-88
• 6.4.1 地源热泵系统负荷侧、地源侧同时定流量运行仿真模拟79
• 6.4.2 地源热泵系统负荷侧变流量、地源侧定流量运行仿真模拟79-83
• 6.4.3 地源热泵系统负荷侧、地源侧同时变流量运行仿真模拟83-88
• 6.4.4 能耗对比及经济性分析88
• 6.5 地源热泵负荷侧、地源侧变流量运行后期运行优化88-89
• 6.6 本章小结89-90
• 第7章 总结90-92
• 参考文献92-94
• 后记94-95
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况95

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