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，并采用現場測試數據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。通過數值計算可以得到更加準確的土壤導熱系數，并且，通過熱響應實驗數據直接獲得埋

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、井數等參數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無窮大時成立，因此本文提出采用井群系數來修正該模型

3、，以減小計算誤差，當井數為1時，井群系數為0；當井數無窮大時，井群系數為1；當井數為某一具體數值時，井群系數通過計算獲取。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)在絕大多數地區(qū)都存在地下換熱系統(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。通過實驗數據與仿真結果的對比，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、任意二者聯合供冷或三者同時供冷。如何使三者在協同供冷的情況下，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，軟件可以根據全年動態(tài)負