地源熱泵巖土熱響應測試與系統(tǒng)性能仿真.pdf

1、熱響應測試是地源熱泵設計的基礎，傳統(tǒng)熱響應測試需要穩(wěn)定的輸入功率，輸入功率微小的波動即會造成測試結果較大的誤差。另外，傳統(tǒng)熱響應測試只能得到土壤的導熱系數(shù)而不能直接得出地源熱泵設計所必須的埋管井熱阻與土壤熱容。本文提出了變工況的熱響應傳熱模型，并采用現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對模型進行了實驗驗證。熱響應測試過程中，加熱功率可以調節(jié)為任意值，而且不受中途停電等外界因素的干擾。通過數(shù)值計算可以得到更加準確的土壤導熱系數(shù)，并且，通過熱響應實驗數(shù)據(jù)直接獲得埋

2、管井熱阻與土壤熱容。
　　對于存在多個埋管井的地源熱泵系統(tǒng)，采用單井模型的計算結果與實際不符，如果要建立三維井群計算模型，其工作量特別巨大，并且調整井的布局、井間距以及增減井數(shù)都必須重新建立邊界條件。本文提出了有限無邊界模型，首先假定井群中每口井都是中心井，使得地埋管井群的邊界條件變得簡單，當設計調整時，只需改變井間距、井數(shù)等參數(shù)即可重新對地源熱泵系統(tǒng)進行仿真。由于該模型只有在井數(shù)無窮大時成立，因此本文提出采用井群系數(shù)來修正該模型

3、，以減小計算誤差，當井數(shù)為1時，井群系數(shù)為0；當井數(shù)無窮大時，井群系數(shù)為1；當井數(shù)為某一具體數(shù)值時，井群系數(shù)通過計算獲取。實驗表明，仿真結果與測試結果吻合度較高。
　　地源熱泵系統(tǒng)在絕大多數(shù)地區(qū)都存在地下?lián)Q熱系統(tǒng)冬夏不平衡問題。在中國長江流域，夏季地下排熱量約為冬季取熱量的3倍以上，單獨的地源熱泵系統(tǒng)會造成地埋管換熱系統(tǒng)不可持續(xù)運行。在仿真運行時，本文采用地源熱泵結合冰蓄冷系統(tǒng)，冰蓄冷系統(tǒng)制冷機冷凝熱通過冷卻塔排出，通過地源熱泵與

4、冰蓄冷系統(tǒng)的協(xié)調配合運行，一方面可以解決地下冬夏平衡問題，另一方面利用峰谷電價差節(jié)省空調使用費用。
　　根據(jù)系統(tǒng)仿真的需要，本文建立了冰蓄冷制冰過程的仿真模型。仿真模型將制冰過程分為三個階段：顯熱降溫、消除過冷和潛熱蓄冷階段。在每個階段都建立了相應的傳熱模型。通過實驗數(shù)據(jù)與仿真結果的對比，驗證了制冰模型計算結果的正確性和可靠性。
　　在夏季，地源熱泵結合冰蓄冷系統(tǒng)可以實現(xiàn)地源熱泵、雙工況制冷機和蓄冰裝置三者的單獨供冷，也可以

5、任意二者聯(lián)合供冷或三者同時供冷。如何使三者在協(xié)同供冷的情況下，既滿足空調負荷，又兼顧地源熱泵冬夏平衡問題和使系統(tǒng)運行費用最低，本文建立了負荷預測與優(yōu)化控制模型。在負荷預測方面，建立了模糊識別模型，使得預測更加準確和穩(wěn)定，優(yōu)化控制模型采用了分步尋優(yōu)的計算方法。該軟件應用到了一個實際項目中，并得到了驗證。
　　最后，本文將熱響應測試、地源熱泵井群模型、冰蓄冷模型、負荷預測與優(yōu)化控制模型集成到了一個設計仿真軟件中，軟件可以根據(jù)全年動態(tài)負