地源热泵夏季运行地温场变化特性试验研究

以同济大学某实验室地埋管地源热泵工程为例,通过对地埋管换热区地温场及地源热泵系统运行参数进行监测,分析研究了地源热泵系统夏季运行地温场的变化特性以及地温场变化对地源热泵系统运行效率的影响.结果表明:夏季累计运行44 d,土壤平均升温幅度为0.64℃;不同深度测点温度变化幅度随深度增加逐渐减小,120 m深度地温几乎无变化;换热区土壤地温恢复速率为0.14℃·100 d~(-1);随着换热区土壤温度的升高,地源侧进出水温差降低幅度为0.87℃,机组性能系数亦随之降低,系统换热效率下降.     

水化热对地源热泵地埋管夏季换热效果的影响

通过数值模拟与现场实测地温的变化,研究了水泥水化热对地埋管周围地温的影响;通过理论分析、现场实测地埋管换热能力以及数值模拟研究了地埋管周围地温变化对地埋管夏季工况换热效果的影响.对上海自然博物馆地埋管系统的研究表明:在地源热泵投入使用时,地下室底板以下约10m处的地温受水泥水化热影响最大,距离地下连续墙2.85m处地温的平均升高为2.2℃;地埋管夏季工况的换热量随初始地温的升高而线性减小,地埋管周围地温每升高1℃,将使地埋管夏季工况的换热量减小5%以上;地源热泵系统由夏季工况作为首次投入使用时应对距离地下连续墙13m以内地埋管采取相应措施,以保证换热系统高效运行.     

辅助冷却复合式地源热泵实验研究

对于采用地源热泵系统的以冷负荷为主的商业性建筑,因夏季冷负荷大于冬季热负荷,地下埋管年排热量大于年吸热量,若完全依靠地源热泵来供冷,则会造成埋管换热器换热能力下降和热泵机组的初投资比较高,热泵系统的循环效率也会降低。采用辅助冷却复合地源热泵系统,可有效降低系统投资,提高系统的运行节能效果。本文对复合地源热泵垂直理管换热器的换热能力进行研究以及周围土壤温度的变化进行分析。     

二级网调峰集中供热系统运行调节方案

二级网调峰集中供热系统能够很好地适应由室外气温变化引起的用户负荷变化.通过建立集中供热系统设计工况、调峰运行和非调峰运行工况的热平衡方程,研究该类系统的运行调节方案,推导得出运行调节水温的求解方法.对某供热系统进行模拟实例分析,确定了采用不同调节方案时系统的运行调节参数.同时确定了热力站换热器一级网侧设计进出口水温为130℃和80℃,二级网侧设计进出口水温为60℃和81℃.对比各方案的优缺点,得出运行调节的最优方案:一级网在调峰运行时采用量调节,非调峰运行时采用质调节;二级网采用分阶段改变流量质调节.     

土壤源热泵供冷供热运行特性的实验研究

在已建成的太阳能-地热能综合利用多功能热泵实验台上,进行了土壤源热泵夏冬季节供冷供热工况的启动与间断运行特性实验.实测结果表明:实验土壤源热泵夏冬季运行的启动时间分别为8～9 h与10 h,其对应的单位长度埋管放热量与吸热量分别为46与24.6 W/m,钻孔平均导热系数分别为3.4与4.95 W/(m·℃).同时,根据建筑负荷特性,采用可控间断运行方式,通过合理调节开停机时间比例,可以在满足建筑负荷要求的前提下,减缓埋管周围土壤温度随时间的变化率,提高单位埋管的换热能力,从而更有利于提高浅层地热能的利用效率.     

寒区热泵调峰供暖的参数界限与负荷分布

调峰的参数界限是供暖系统装机容量选择的重要参数,关系到系统运行时的负荷分布与经济性.以末端散热设备为散热器,基于热稳定条件下散热器供回水温度及系统流量与室外温度的函数关系,分析推导了调峰运行时调峰热源承担的负荷表达式并优化求解了热泵热源出力比例最大时的运行流量,提出定义了流量分界温度界限问题,解析了调峰供暖的关键设计参数、设备容量及其出力负荷分布特性.分析得到:流量处于两极端状态,流量分界温度为分界点,调峰时调峰热源所承担的最大负荷比例最小为50%.图2,参10.     

空气源热泵-地埋管换热系统蓄热性能研究

对于热负荷占优的寒冷地区,土壤源热泵系统长期运行使得土壤温度逐年降低,非采暖季利用空气源热泵为地埋管换热系统进行蓄热可有效地解决土壤热平衡问题。以实际工程为支撑,对空气源热泵-地埋管换热系统进行蓄热性能测试,结果表明：系统平均制热量可达到空气源热泵额定制热量的2.17倍,系统平均能效比为7.2,地埋管循环介质平均温差为4.5 ℃,系统运行稳定。基于TRNSYS软件对蓄热过程进行模拟,结合实验数据验证模型正确性,结果表明：经蓄热后土壤温度从初始的15.8 ℃上升至16.4 ℃。蓄热期间,采用多目标优化法得到空气源热泵蓄热系统全天运行时最优工况：循环水泵总流量为100 m3/h、空气源热泵总额定制热量为723.7 kW,在此工况下土壤目标温升为3.0 ℃时,系统能耗为474 820.0 kWh,增加的蓄热运行费用为3.96元/m2。与传统热源燃煤、燃气、热电联产蓄热方式相比,空气源热泵蓄热系统的能源与环境效益显著。     

钻孔埋管换热器用于寒区隧道消防管网加热保温的理论研究

为解决寒区隧道消防管冻结失效问题,提出一种基于钻孔埋管换热器的新型加热保温系统;基于非等温管道流模型,联立消防管段加热过程和埋管换热器换热理论,得到系统运行过程中流体温度分布的解析解。以林场隧道工程为背景,对加热段水温、换热器换热效率等的变化规律进行理论分析与数值验证。研究结果表明：进、出口水温先降低后快速上升再缓慢下降,10 h时达到峰值;加热初期,轴向水温分布为“进口温度高、出口温度低、段中温度突变”,之后在4～5℃范围内近似呈均匀分布;随着系统的运行,换热器平均换热效率稳定在约15 W/m。系统连续运行对地温的影响范围不断扩大,钻孔附近地温不断降低。系统间歇运行模式由设定高限和低限控制,在间歇期内,围岩地温可得到一定程度的恢复,且换热器换热效率较连续运行工况下的高。水温、换热器换热效率等的理论计算结果与数值模拟结果吻合度较高,本文所提出的寒区隧道消防管网钻孔埋管换热保温系统可使消防管段水温维持在设定低限温度以上,节能高效,有一定的应用价值。     

基于TRNSYS的地埋管换热器温度场变化规律研究

目的根据地源热泵不同运行模式下对地埋管换热器周围土壤产生不同影响,研究其周围温度场的变化规律.方法运用模拟软件TRNSYS对某办公楼建筑全年逐时负荷进行计算,并进行地源热泵的设计,然后模拟地源热泵冬夏两季、只冬季、只夏季运行后后土壤温度的变化.结果地源热泵冬夏两季运行1年、5年后土壤温度分别为9.272℃、8.315℃;地源热泵只夏季运行1年、5年后土壤温度分别为11.02℃、12.95℃;地源热泵只冬季运行1年、5年后土壤温度分别为8.929℃、7.552℃.结论地源热泵冬夏两季运行比单季运行时,土壤温度的变化幅度较小,且最终温度更接近土壤初始温度,更有利于地源热泵的长期运行.     

埋地式悬浮填料SBR法处理小区生活污水

采用埋地式悬浮填料SBR法作为主体工艺处理某小区生活污水。工程实际运行结果表明：该工艺占地省,自动化程度高,运行稳定,抗冲击负荷能力强,出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准。     

基于“热负荷三角区”法的热电联产能耗分析与优化

在对热负荷延续时间图分析的基础上,指出了引起热电联产供热系统能耗较大的"调峰三角区"和"低效率三角区".在"三角区"内采用分布式燃气锅炉供热具有显著的节能效益.对不同纬度地区的9个城市"热负荷三角区"的能耗分析与优化结果表明:"低效率三角区"对低纬度采暖地区的供热能耗影响更大.考虑我国的实际情况,在燃气资源丰富、燃气价格不高或城市环境要求较高的地区,采用燃煤热电联产同时配以分布式燃气锅炉调峰的供热方式,是区域供热系统节能的有效措施.应发挥不同类型能源的优势,合理匹配集中式热源与分布式热源,才能使变负荷条件下更具灵活性和可靠性.     

二级网调峰供热管网系统的可靠性

在集中供热系统二级网侧设置燃气锅炉作为调峰热源可改变供热管网系统的事故状态.针对二级网调峰供热系统的特点,得出了热网系统可靠性指标的计算方法.分析了调峰热源对热网可靠性指标的影响,并通过实例计算了在不同基础负荷系数下二级网调峰集中供热系统的可靠性指标.结果表明,选择适当的基础负荷系数,在热网元件出现故障时,调峰热源能实现限额供热状态,起到备用热源的作用.     

地下水渗流作用下埋管换热器动态设计研究

由于土壤换热的复杂性及地源热泵系统实际运行的耦合作用,地埋管设计需要考虑到实际地下水渗流及其动态性能。通过对某实际工程进行热响应试验,测算出该地地下水渗流速度;在此基础上建立逐时负荷-热泵机组-地埋管换热器耦合模型对该工程埋管设计进行动态分析。最后在此设计工况下对系统全年运行情况进行模拟分析,为该地源热泵系统运行提供参考依据。     

负荷分布对地源热泵系统长期运行特性的影响

为研究地源热泵系统(GSHPs)在不同负荷分布下的长周期运行特性,建立了考虑地下水渗流的地下埋管换热系统的传热模型,并对北京、哈尔滨、上海三典型负荷分布地区某宾馆建筑地源热泵系统连续10年的长周期运行特性进行了计算与分析.结果表明,在北京负荷平衡地区热累积效应较小,而在哈尔滨(负荷比6.6∶1)地区盘管最高及最低出水温度10年降低了3.8℃,年均降幅为0.38℃/a;上海(负荷比1∶3.6)地区,盘管最高与最低出水温度上升了约5.6℃,年均升幅0.56℃/a.     

岩溶地区地源热泵空调系统的实验研究

地源热泵运行中地埋管换热器与岩土层的热交换必然引起地埋管周围温度场的变化。借助岩溶地区地源热泵系统实验平台,开展夏季制冷工况下两种不同运行模式的实验,探讨地埋管周围温度场的变化规律及其对地源热泵性能的影响。实验研究结果表明:1横、竖地埋管管壁温度的变化规律基本上一致,但其管壁温升幅度有所差异,竖埋管管壁的温升幅度(间歇工况3.7℃,连续工况3.2℃)均较横埋管(间歇工况0.9℃,连续工况0.7℃)要大;2横、竖地埋管周围土壤温升幅度跟距离地埋管的远近有关,随着距离的增加,其温升的幅度递减;31.0 m以上地层土壤温度变化受气候环境变化的影响,从而影响了埋深较浅的横埋管。而埋深较大的竖埋管受岩溶地下水渗流的影响;4系统回水温度对热泵机组性能系数COP有显著影响,间歇运行模式下的热泵机组性能系数COP对系统回水温度的变化更加敏感。     

卫生热水蓄热方式对地埋管换热性能的影响分析

竖埋管地源热泵系统为室内环境控制提供冷热量。在空调工况下,热回收机组可以提供卫生热水。卫生热水的供应在冬夏不同的运行模式下,对地埋管的换热性能影响不同。通过某地源热泵工程设计,分析了冬夏季卫生热水系统在蓄热方式下对地源热泵系统地埋管换热性能的影响。利用卫生热水的蓄热能力,对地埋管换热器在不同工况下的动态换热性能进行了对比分析,并通过数值计算得到了不同运行模式下地埋管的换热性能参数。根据计算结果提出了在该工程负荷特性下的系统调节方式。     

严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补的运行模式

目的研究严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补供热系统的运行特性,确定更适合严寒地区的运行模式.方法建立一套地埋管与两套地埋管两种模式的太阳能-地源热泵与热网互补供热系统;并对这两种模式下的运行特性进行分析比较.以TRNSYS瞬时模拟软件为平台,建立互补供热系统的仿真模型,对系统性能进行了仿真模拟.结果两套管时循环水的进出口平均温差为3.5℃,一套管时循环水的进出口平均温差为3.3℃,两套管高于一套管0.2℃;两套管的最大换热效率比一套管高35.5%,蓄热量高出89.5%;两套管的土壤蓄热体温度年变化量为0.17℃,一套管为0.66℃;系统运行十年后,两套管土壤蓄热体的温度从12℃下降到10.3℃,一套管从12℃下降到了5.4℃.结论两套地埋管的运行模式更加适合严寒地区互补供热系统的长年运行.     

基于有限元法的垂直地埋管换热器传热研究

根据能量守恒原理,对地埋管换热器建立二维传热模型.运用Ansys热分析软件,采用热传导的有限元瞬态分析方法,对地源热泵垂直埋管与回填材料及岩土间的传热进行数值模拟与分析.根据合肥地区某住宅的地源热泵工程的相关设计资料,分析了垂直埋管在岩土中传热的温度场及温度梯度场的影响大小及范围,对地埋管在1个周期运行后对岩土体的温度恢复情况的影响进行了数值分析,结果表明:对于地处夏热冬冷的合肥地区,较适宜应用地源热泵系统,岩土温度的自平衡性较好.     

带压焊接技术在调峰机组中的应用

本文根据机组调峰是电网调节峰谷负荷、补偿调节容量,使电网处于最佳运行方式的一种重要措施,但机组频繁的启停会造成承压部件发生漏泄。对此可以采用带压补焊技术进行处理。带压补焊能解决运行中设备的泄漏问题,不会造成停机停炉,但、此焊法必须在调峰时,尽可能减负荷降压,条件允许的情况下方可进行。     

灵活性负荷参与电网调度的经济优化运行

在“碳达峰、碳中和”的背景下,大规模新能源并网使系统出现了调峰压力大、新能源消纳难等问题。随着灵活性负荷占比的不断增大,根据灵活性负荷的不同特性,针对系统面临的问题提出了“源-网-荷-储”相协调的双层优化运行模型。首先,基于分时电价策略引导用户用电行为,建立提升源荷双方综合满意度以及净负荷波动最小的上层多目标模型,利用粒子群算法对上层模型进行求解得到优化后的负荷需求响应并带入下层模型中。其次,根据源荷双方的供需关系,确定参与调度灵活负荷的运行方式,构建以系统调度运行成本最小为目标的下层模型,并采用Cplex求解器求解。最后,以某地区实际系统为例,结果表明了灵活性负荷参与电网调度可缓解电网调峰压力,提高了可再生能源消纳能力,并验证了本文所提模型的有效性。