住宅建筑地源热泵—辐射供冷系统优化控制策略研究

发布时间：2020-05-28 09:21

【摘要】：辐射供冷系统是近年来受关注较多的一种舒适节能型空调系统,其供冷时采用高温冷水,为天然冷源供冷提供了可能,将其合理地与地源热泵系统相结合,能有效提高系统性能,降低能源消耗。目前,对于地源热泵与不同类型的辐射末端相结合,缺乏针对性的运行策略,需进行进一步研究,以达到最优控制。辐射供冷系统的形式多样,本课题研究适用于住宅的毛细管辐射供冷系统和混凝土辐射供冷系统。毛细管辐射板一般是由聚丙烯材料的塑料水管构成的集成网栅,网栅表面积较大,供水管道细密且均匀,使得辐射板表面温度的分布非常均匀,且其热响应较快可实现即时调控。混凝土辐射供冷系统,其供水管道嵌入楼板结构混凝土层中,由于其结构部件的高蓄冷能力,运行控制不同于常规空调系统。混凝土结构的高蓄热特性使得间歇运行方式具有优越性。蓄热效应可以实现峰值负荷的转移,具有响应延迟性,不仅能够保持室内温度的稳定性,还能使辐射供冷系统实现其节能性。本课题以西安地区住宅建筑为研究对象,利用模拟软件TRNSYS对地源热泵-辐射供冷系统的系统模型进行了构建。针对不同末端形式的特点,研究针对性的控制方式。针对地源热泵-毛细管辐射供冷系统,以热舒适参数为控制参数,提出了设定室温范围下机组的启停控制和设定PMV范围下机组的启停控制两种控制方式,通过比较室内舒适性、系统能耗等参数,选择较优的控制方式作为该系统的基本控制方式,并在该控制方式上加入地埋管直供与水泵变频优化控制,以此提高系统性能,实现更大的节能性。针对混凝土辐射空调系统,提出了地埋管直供供冷,通过比较不同供冷时长及同一供冷时长下不同时段分布方案的室内热舒适及系统能耗等,选取最优方案,并验证了地埋管直供混凝土辐射供冷系统的可行性。本课题研究的主要结论有:对于地源热泵—毛细管辐射供冷系统:(1)采用设定PMV范围控制机组的启停控制相比设定室温范围下机组的启停控制方式在热舒适方面稍具优势,但是差异很小,仅比室温控制下PMV值满足Ⅰ级舒适标准的时间占比高2%左右,且两种控制皆可满足室内热舒适要求。(2)设定室温范围下机组的启停控制方式下热泵机组运行时间较短,使热泵机组能耗和水泵能耗共降低了298kW?h。且该控制下土壤平均温度仅上升2.08℃,稳定性较好。(3)当地埋管出口温度小于的等于18℃时,加入直供系统,其余时间启动热泵机组,该方式使系统节能率提高了5.7%,系统平均能效比达4.82,比仅采用室温控制方式提高了22.6%;加入水泵变频优化后,节能率达到了19.9%,系统平均能效比达到5.81。对于地埋管直供混凝土辐射空调系统:(1)以室内操作温度及PMV值作为热舒适评价指标,得出8小时供冷时长下舒适性最好,且仅水泵能耗高出6小时供冷32.1kW?h。(2)同一供冷时长下不同供冷时段分布的系统能耗情况基本一致。白天时段供冷方式室内温度的波动性较小,但水泵的频繁启停控制方式可使系统的供冷量增大,供冷效果更好。(3)土壤升温率随供冷时长的增加而增大。不同供冷时长下地埋管平均出口温度皆为18℃左右,证明了地埋管直供混凝土辐射供冷系统的可行性。
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