复合式地源热泵系统控制策略分析-供热;供燃气;通风及空调工程专业论文.docxVIP

华中科技大学硕士学位论文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 地源热泵系统(GSHP)因其全年运行的高效性与环境的友好性，正逐渐受到用户 的喜爱。如果冷负荷远大于热负荷的建筑中仅采用地源热泵系统，土壤温度会因为 余热的排放升高，导致夏季系统运行性能降低，此时地源热泵系统需要辅以其他的 排热装置(如冷却塔)配合使用，这种地源热泵系统与其他排热装置配合使用的系统 称作复合式地源热泵(HGSHP)系统。合理的复合式系统运行控制策略，能够很好的 保持土壤热平衡，同时也能降低运行费用，节省投资。本文针对郑州市某建筑的复 合式地源热泵系统，提出了几种控制策略加以模拟分析。 本文首先对复合式系统所需各个模块建立物理模型，分别是冷却塔模型，热泵 /制冷机模型，水泵模型，集水器与分水器模型和地埋管模型，并对各模型的原理进 行详细的阐述；本文还提出了一种基于 TRNSYS 的地埋管设计方法，确定了系统的 钻孔数量，并且为了避免在供热季出现地埋管进水温度过低的情况，系统从夏季开 始运行；本文提出了五种复合式系统运行的控制策略，其中热泵优先运行，制冷机 优先运行，热泵制冷机轮流开机以及湿球温度控制法是针对建筑每年的负荷不变的 基础上提出的，建立了基于 TRNSYS 的模拟平台，并对系统全年及 20 年运行进行 模拟，模拟结果表明对于该地源热泵系统，合适的温度设定值下，湿球温度控制法 能比另外三种控制方法保证土壤的热平衡以及减少能耗。 本文还通过改变建筑的负荷，得到了前一年系统运行热不平衡率与后一年湿球 温度设定值的关系，通过该关系式，用以指导系统的运行。模拟结果显示，在每年 的全年负荷随机变化的情况下，仅仅运用热不平衡率与湿球温度设定值的关系式不 能保证土壤热平衡，还需要综合考虑到建筑负荷的变化情况。 关键词：复合式地源热泵系统 湿球温度控制法 热平衡 动态模拟 II II Abstract Ground source heat pump (GSHP) system is becoming more and more popular due to its high efficiency and environmental friendliness. For the buildings which the cooling load is much larger than the heating load, the ground temperature would increase due to the heat which the system rejects. The ground source heat pump should be operated with supplemental heat rejecter, such as cooling tower, this kind of system is called hybrid ground source heat pump (HGSHP) systems. Appropriate control strategies of hybrid ground source heat pump systems would not only keep ground heat balance well but also save the operation cost. This paper presents five control strategies for a hybrid ground-source heat pump system in Zhengzhou and the operation and energy consumption of the system were dynamically simulated. Physical models of cooling tower, chilling unit, water pump, manifold and ground heat exchanger were built and analysed in detail. A design method based on TRNSYS of ground heat exchanger. The thermal performance of different boreholes were dynamic simulated, the borehole number was determined and the HGSHP system starts in summer for avoiding low water temperature in g