次日負(fù)荷模擬及其在地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、準(zhǔn)確計(jì)算建筑物的供暖或者空調(diào)負(fù)荷是進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和科學(xué)運(yùn)行管理的基礎(chǔ)。而現(xiàn)有的各種負(fù)荷預(yù)測和模擬方法一般需大量歷史數(shù)據(jù)對預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，導(dǎo)致負(fù)荷預(yù)測精度不夠穩(wěn)定且很難對外部參數(shù)的劇烈變化做出及時(shí)響應(yīng)。
　　各種用于負(fù)荷和能耗模擬的軟件雖然已經(jīng)非常成熟并在大量實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，但是目前各種模擬軟件使用的氣象參數(shù)庫都是在歷史氣象參數(shù)的基礎(chǔ)上通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法處理獲得的。在全球氣候變化的形勢下，這樣的氣象參數(shù)庫與實(shí)際的天氣

2、情況和氣象參數(shù)的差別越來越大。而氣象科學(xué)的發(fā)展使得目前官方發(fā)布次日的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度逐漸提高。為了改進(jìn)負(fù)荷模擬軟件氣象參數(shù)庫，進(jìn)而減少負(fù)荷模擬的誤差，本文提出了基于次日氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對模擬軟件的氣象參數(shù)庫進(jìn)行修正，進(jìn)而提高負(fù)荷模擬精度的次日負(fù)荷模擬方法（FDLS）。
　　次日負(fù)荷模擬方法需要對次日逐時(shí)的干球溫度、濕球溫度和太陽輻射強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測。次日逐時(shí)干濕球溫度的預(yù)測使用了香港學(xué)者提出的基于次日溫度預(yù)報(bào)的修正灰色 GM（1,1

3、）模型。而由于次日逐時(shí)太陽輻射強(qiáng)度的預(yù)測難度較大，且官方天氣預(yù)報(bào)并不提供次日太陽輻射強(qiáng)度極值的數(shù)值預(yù)報(bào)，現(xiàn)有的預(yù)測次日逐時(shí)太陽輻射強(qiáng)度方面的研究預(yù)測精度不夠理想。為提高太陽輻射強(qiáng)度預(yù)測精度，本文提出了基于氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)預(yù)測次日逐時(shí)太陽輻射強(qiáng)度的相似日組法(STSDG)，該方法基于使用長期歷史參數(shù)開發(fā)的 DeST參數(shù)庫、近3年的實(shí)測太陽輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)以及次日氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對相似日組內(nèi)的次日逐時(shí)太陽輻射強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測。相似日組法預(yù)測逐時(shí)太陽輻射強(qiáng)度

4、的精度接近現(xiàn)有的方法，而在預(yù)測太陽輻射強(qiáng)度日累計(jì)值方面取得了較高的精度。但相似日組法忽略了空氣污染的影響，僅適用于空氣質(zhì)量良好的地區(qū)或時(shí)間段。針對北方地區(qū)冬季空氣污染嚴(yán)重的情況，本文進(jìn)一步提出了基于AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）修正系數(shù)的修正相似日組法，該方法在嚴(yán)重空氣污染情況下也獲得了較高的預(yù)測精度。
　　為了使基于氣象預(yù)報(bào)的次日負(fù)荷模擬方法(FDLS)在實(shí)際工程中能發(fā)揮作用，結(jié)合工程應(yīng)用的實(shí)際需求，本文進(jìn)行了該方法的應(yīng)用研究。應(yīng)用研究

5、主要在兩個(gè)方向進(jìn)行，分別是冰蓄冷系統(tǒng)和地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)。在結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行的冰蓄冷系統(tǒng)應(yīng)用次日負(fù)荷模擬方法的實(shí)驗(yàn)研究中，通過將實(shí)測的建筑物負(fù)荷和使用次日負(fù)荷模擬方法獲得的負(fù)荷進(jìn)行對比，證明了次日負(fù)荷模擬方法的精度良好，其模擬值可以作為冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行策略制定的基礎(chǔ)。
　　為了將次日模擬的方法用于目前我們國家大力推廣的地源熱泵技術(shù)，更好的發(fā)揮次日負(fù)荷模擬方法的優(yōu)勢，針對現(xiàn)有地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本文提出了基于排風(fēng)熱回收的

6、地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)（EHR）和排風(fēng)熱回收+太陽能復(fù)合式地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)（ESTC），并給出了低功耗排風(fēng)熱回收換熱器計(jì)算模型。其中，針對配電室排風(fēng)熱回收+太陽能復(fù)合式地埋管熱泵系統(tǒng)(ESTC-GCHP)的特點(diǎn)，基于次日負(fù)荷模擬方法的核心內(nèi)容，進(jìn)一步提出了 ESTC-GCHP系統(tǒng)的熱補(bǔ)償優(yōu)化運(yùn)行方法（OTC）。在熱補(bǔ)償優(yōu)化運(yùn)行方法中，基于次日負(fù)荷模擬方法，使用修正灰色 GM（1,1）模型進(jìn)行配電室次日逐時(shí)排風(fēng)溫度的預(yù)測，進(jìn)而預(yù)測次日逐

7、時(shí)熱回收量；使用修正相似日組法進(jìn)行次日逐時(shí)太陽輻射強(qiáng)度的預(yù)測，進(jìn)而預(yù)測太陽能集熱器次日逐時(shí)集熱量。之后根據(jù)排風(fēng)熱回收和太陽能系統(tǒng)的熱補(bǔ)償量的全天變化情況，選擇高效時(shí)段，分別確定這兩套系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間表，從而提高整套系統(tǒng)的熱補(bǔ)償能效。
　　在地埋管熱補(bǔ)償系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方面，結(jié)合工程實(shí)例，分別采用廚房排風(fēng)和配電室排風(fēng)作為熱源，對基于廚房排風(fēng)熱補(bǔ)償?shù)牡芈窆軣岜孟到y(tǒng)（EHR-GCHP）和配電室排風(fēng)熱回收+太陽能復(fù)合式地埋管熱泵系統(tǒng)(ESTC

8、-GCHP)進(jìn)行了運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EHR和 ESTC系統(tǒng)均能有效進(jìn)行地埋管熱泵地下?lián)Q熱器的熱補(bǔ)償，且相較常規(guī)的熱補(bǔ)償系統(tǒng)熱補(bǔ)償效率高，能耗低。此外，將熱補(bǔ)償優(yōu)化運(yùn)行方法（OTC）方法用于 ESTC-GCHP系統(tǒng)時(shí),進(jìn)行次日配電室排風(fēng)熱回收換熱器和太陽能集熱器的熱補(bǔ)償量預(yù)測的精度均較高。并且，相較常規(guī)的運(yùn)行模式，ESTC-GCHP系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化運(yùn)行方法，可以顯著提高系統(tǒng)熱補(bǔ)償效率、降低熱補(bǔ)償能耗。在優(yōu)化運(yùn)行方法下 ESTC-GCHP

9、系統(tǒng)的單位能耗熱補(bǔ)償量（TEC）相當(dāng)于常規(guī)運(yùn)行時(shí)的TEC的1.25倍。
　　論文的創(chuàng)新性工作主要有：
　　（1）基于 DeST模擬軟件，提出了基于氣象預(yù)報(bào)的次日負(fù)荷模擬方法(FDLS)，給出了該方法(FDLS)的應(yīng)用流程。相較現(xiàn)有負(fù)荷預(yù)測的方法，該方法不需要大量歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，且能夠?qū)Υ稳談×业臍庀髤?shù)變化迅速響應(yīng)，可以顯著提高蓄熱和蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中需要的日累計(jì)負(fù)荷的預(yù)測或模擬精度。
　?。?）次日負(fù)荷模

10、擬方法的核心是使用2種改進(jìn)的預(yù)測模型對次日的氣象參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而用預(yù)測值替代模擬軟件參數(shù)庫中的次日氣象參數(shù)值，所以次日負(fù)荷模擬方法對氣象參數(shù)的預(yù)測精度的要求較高。為提高太陽輻射強(qiáng)度預(yù)測精度，本文提出了基于氣象預(yù)報(bào)預(yù)測次日逐時(shí)太陽輻射強(qiáng)度的相似日組法(STSDG)。并且，針對北方地區(qū)冬季空氣污染嚴(yán)重的情況，進(jìn)一步提出了基于 AQI修正系數(shù)的修正相似日組法。并使用基于氣象預(yù)報(bào)的修正灰色GM（1,1）模型預(yù)測次日逐時(shí)干濕球溫度。
　　

11、（3）結(jié)合工程應(yīng)用的實(shí)際需求，進(jìn)行了次日負(fù)荷模擬方法的應(yīng)用研究。應(yīng)用研究主要在兩個(gè)方向進(jìn)行，分別是冰蓄冷系統(tǒng)和地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)。其中，在地埋管熱補(bǔ)償方面，為了更好的發(fā)揮次日負(fù)荷模擬方法的優(yōu)勢，針對現(xiàn)有熱補(bǔ)償系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本文提出了基于排風(fēng)熱回收的地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)（EHR）和排風(fēng)熱回收+太陽能復(fù)合式地埋管熱泵熱補(bǔ)償系統(tǒng)（ESTC），并給出了低功耗排風(fēng)熱回收換熱器計(jì)算模型。
　?。?）針對配電室排風(fēng)熱回收+太陽能復(fù)合式地埋管熱泵