王景刚[1]2002年在《自然工质热泵循环和地源热泵运行特性研究》文中研究指明本文以自然工质热泵循环性能和地源热泵运行特性为研究对象，从工质和热源的角度，开展了资源与环境可持续发展的热泵基础理论研究和实验研究，重点研究和分析了CO_2地源热泵和R22地源热泵的基本特点和运行规律。主要研究内容包括：1．自然工质热泵循环性能分析对自然工质CO_2、氨、碳氢化合物、水作为热泵工质的特点进行了评价与分析，重点对CO_2跨临界热泵循环性能的主要特征和影响因素进行了理论分析和研究。提出了CO_2跨临界热泵循环主要工况参数的确定方法和原则，运用当量冷凝温度，对不同工质热泵的循环性能进行了分析比较，指出在中高温热泵应用领域，CO_2热泵可以取得和传统工质热泵相竞争的优势。通过对双级压缩带膨胀机CO2跨临界热泵循环的研究，探讨了旨在提高CO2跨临界循环热泵效率的途径与措施。开展了水压缩式热泵的理论研究，指出以水为工质的热泵循环，应采用叁级或多级压缩的方式。对丙烷和异丁烷热泵的循环特征进行了理论分析与总结。2．地源热泵运行特性理论分析针对以土壤为热源和热汇的特点，运用热力学的方法，对R22涡旋压缩式地源热泵和CO_2地源热泵的运行变化规律进行了理论研究，提出了CO_2地源热泵机组型式的确定方法，研究和探讨了地源热泵运行参数和运行控制策略的确定方法，指出CO_2地源热泵宜根据气体冷却器进水温度进行压力控制和容量调节，并提出了具体的运行压力控制公式。根据CO_2热泵的实验结果，拟合出了CO_2压缩机等熵效率公式，对影响CO2热泵实验样机效率的因素进行了分析和研究。3．地源热泵实验研究建立起具有两眼120m深埋管井和4眼测温辅井的地源热泵实验装置，热泵机组采用R22涡旋压缩机，ARI标定工况制冷量为21.8 kW。实验系统工艺流程和数据采集与处理系统，可以满足不同季节、不同运行条件下的地源热泵实验要求。开展了R22地源热泵的冬季工况和夏季工况的运行特性实验研究，重点对地下温度场变化规律、地下埋管换热器特性和地源热泵系统循环性能的实验结果进行了总结和分析。<WP=4>4. 地源热泵模拟方法与模型验证在地源热泵运行特性理论研究和实验研究的基础上，依据圆柱源理论，建立起了变热流条件下，耦合地面热泵机组和地下埋管换热器特性的R22和CO_2地源热泵系统的模拟模型，该模型可用于地源热泵系统的逐时运行特性模拟和全年能耗分析。模型验证结果表明，模拟结果与实验数据具有较高的吻合程度，表明所建模型可用于地源热泵系统的方案规划、运行控制和全年能耗分析等方面。5．地源热泵运行特性模拟与能耗分析运用所建模型，对R22地源热泵系统的全年运行特性进行了模拟研究，开展了不同土壤、不同回填材料、不同埋管长度和不同负荷容量比例的地源热泵系统的模拟研究和能耗分析，指出地源热泵的节能和安全可靠运行，必须建立在经过有效性和可靠性验证的模拟基础之上。CO2地源热泵的模拟研究结果表明，自然工质CO2应用于以土壤为热源的热泵系统时，完全可取得和R22地源热泵相接近的运行节能效果。
李兴[2]2005年在《R407C地源热泵系统设计与实验研究》文中指出节能和环保是21 世纪科学技术发展的两大议题。热泵作为一种能有效节省能源、减少大气污染和CO2排放的供热和空调新技术,在当今世界范围内节能降耗的大趋势下,受到了世界各国的重视。但是在环保方面由于着名的CFC 问题的提出,因此,将传统使用的CFC 制冷工质替代为对臭氧层不起破坏作用的环保型绿色工质就成为一项十分重要的工作。基于热泵系统节能和环保这两方面问题的考虑,本文设计了一种以叁元非共沸混合工质R407C 作为HCFC22 的替代工质的地源热泵系统,重点研究和分析了该地源热泵系统的基本特点和运行规律。本文首先针对混合工质的基本热物理性质进行了基础理论研究,分析了对于混合工质热泵的基本特性。然后本着优化设计的原则对地源热泵系统的设计工况进行了分析,根据其工作特点对机组各主要部件进行了设计。对系统进行了全面的热力计算,并根据计算结果对各配件进行了匹配选型,同时兼顾了各配件在连接和能力上的双重匹配。为了得到准确的实验数据本文对测量系统进行了认真的调试,使其能够可靠的运行。最后对该地源热泵系统进行了一系列的实验研究,获得了大量关于混合工质地源热泵运行特性的实验数据,并对测试结果进行了分析总结,得到了关于混合工质热泵的运行规律,并为热泵系统的工质替代研究提供了十分有价值的数据。本文所完成的工作以及对混合工质地源热泵基本特点和运行规律的研究和分析对关于热泵技术中替代传统工质工作的发展具有一定的参考意义和实用价值。
李永[3]2007年在《太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性研究》文中研究说明本文以太阳能—土壤复合式地源热泵为研究对象,从土壤源热泵应用中存在埋管面积不够的角度出发,提出了太阳能集热器和蓄热水箱与地下埋管换热器相结合的太阳能—土壤复合式地源热泵系统。开展了复合式地源热泵运行特性的研究。主要研究内容包括:1.分析了太阳能热源和土壤热源的特点,对邯郸地区晴天时朝南放置的任意倾角倾斜面上太阳辐射量进行了逐时理论计算,得到了在邯郸地区采暖季可获得最大太阳辐射量的集热器倾角。以周期性温度作用下的地下土壤温度分布方程为基础,对不同深度处地下土壤温度场的变化规律进行了理论计算和分析。2.根据所拟合的实验用压缩机的输气系数和压缩机总效率表达式,联立蒸发器、冷凝器和太阳能集热器模型,在此基础上开展复合式地源热泵运行特性理论研究。讨论了压缩机耗功量随蒸发温度、蒸发器进水温度和压缩比的变化情况及机组COPh、蒸发器吸热量和冷凝器排热量随蒸发温度的变化情况。指出在埋管面积受限的场合,为避免埋管长度不够而造成机组出力不足使室内温度达不到设计要求时,如果有较丰富的太阳能资源可资利用,可以采用将太阳能集热器和地下埋管换热器相结合的太阳能—土壤复合式地源热泵系统。3.进行了太阳能—土壤复合式地源热泵的实验研究。首先进行土壤源热泵冬季供暖的实验研究。其次针对土壤源热泵在实际应用中存在埋管面积不够的情况,在减少一半埋管长度的情况下,实验验证了土壤源热泵在冬季供暖运行中存在的各种问题。最后,将埋地盘管和太阳能集热器与蓄热水箱结合起来,进行复合式地源热泵系统冬季供暖实验研究,证明了其可行性并分析了系统各参数的变化规律。4.以变热流条件下的圆柱源理论为基础,并引入“形状因子”的概念,通过地下埋管换热器的出口水温关联热泵机组、埋管换热器和太阳能集热器的运行特性,建立起耦合地面热泵机组、地下埋管换热器和太阳能集热器特性的R134a复合式地源热泵运行特性模拟模型;对模拟结果的验证表明,所建模型模拟结果与实验结果吻合度较高,可以有效的模拟复合式地源热泵的冬季运行特性,此模型在复合式地源热泵系统的方案设计以及全年能耗分析等方面具有指导意义;利用所建模拟模型开展复合式地源热泵的运行特性模拟,对集热器面积改变时系统的各参数变化情况进行分析和研究。
朱仕武[4]2002年在《地源热泵埋地换热器动态特性及地上机组节能研究》文中指出地源热泵技术具有良好的节能、高效以及环保特性，在北美、欧洲以及日本得到了广泛的关注，研究日趋深入，商业应用也日趋广泛。我国自上世纪80年代末开始也相继开展研究，但至今仍停留在局部地区的小型实验系统的研究层面上，研究也主要集中在技术可行性分析及埋地换热器模型建立等方面。但有关埋地换热器动态特性以及地源热泵节能潜力方面的基础性研究较缺乏。因此本文针对地源热泵系统实际应用必须考虑的地下换热动态性能以及地上机组节能特性进行研究，并得出相关结论。 首先通过广泛的调研，根据我国实际的土壤、气候、四家标准以及国家发展规划，并联系国外发展经验，对地源热泵技术在我国的应用前景，进行了多角度深入的论证，对该技术在我国的应用提供了可行性分析。 在对比研究国内外地下换热器模型的优缺点的前提下，针对有广泛应用前景的U型埋地换热器特点，建立其瞬态温度场数学模型，并在同济大学大型实验地源热泵系统上进行了验证。并利用数学模型分析了埋管材料和几何形状、回填土和管外土壤导热性能、系统运行方案等各种因素对埋地换热器换热性能的影响，研究了埋管周围土壤温度场各个不同工况下的动态特性，对正确设计埋地换热器提供了理论指导和基础参考数据。 在埋地换热器模型分析和实验数据的基础上，提出了用有用能分析法。对热泵系统冬夏典型工况利用(火用)分析，得出地源热泵机组制冷剂选择、冷凝温度和蒸发温度的确定、系统优化以及参数匹配等方面的基础数据。 本文通过理论建模、实验验证、有用能分析等方法，揭示了地源热泵埋地换热器动态特性以及换热器周围土壤温度场变化规律，指出了地源热泵在基于节能考虑上制冷剂选择的方向和范围，以及机组设计时冷凝温度、蒸发温度的确定的方法和依据。同时为地源热泵技术推广中的性能评价方法、设计思想奠定了基础，对于该技术在我国的商业化具有理论意义和重要的工程应用价值。
胡涛[5]2012年在《地源热泵控制策略理论与系统实验研究》文中指出近年来，由于能源短缺，国家鼓励节能减排技术与清洁能源的发展，使一种经济环保、高效节能的新型空调技术——地源热泵在我国迅速发展壮大起来。同时，许多学者也开始对地源热泵进行了不断深入的研究，主要集中在地下埋管换热器（BHE）的传热模型和传热机理、过程参数的模拟、能源互补联合应用以及工质等研究上。然而，在地源热泵的控制策略及优化运行方法上较为欠缺。因此，本文将现代控制理论方法、非线性优化方法与地源热泵技术相结合，研究融合先进控制技术的地源热泵控制系统，并对该系统的运行过程、节能效果等进行了全面的分析和研究。本文以现代控制理论为基础，提出了带前馈的地源热泵能量调节智能控制策略，并对该策略的实现方法进行了详细的分析。采用机理分析与实验相结合的方法，完整的建立了地源热泵控制系统的仿真模型，并搭建了地源热泵系统及智能控制系统实验台。在设定值变化、流量干扰、频率放大系数突变条件下对地源热泵供水温度进行了控制仿真与实验研究。结果表明：当设定值变化时，变速积分PID控制比模糊控制的超调量大，调节时间更短，且模糊控制最终存在稳态偏差；流量干扰下，加入前馈后两种控制策略的控制性能都得到很大提高；当频率放大系数变化时，模糊控制逐渐产生发散的非稳定控制状态，而变速积分PID表现出了较好的鲁棒性。同常规控制系统的对照研究表明：在前馈-反馈的控制策略下，地源热泵控制性能显着提高。空调末端存在较大的负荷波动时，系统的供水温度波动幅度能够保持在1.0℃以内（常规控制为3.4℃），空调室内平均温度能够保持在24.4~25.9℃（常规控制为23.1~26.1℃）。因此，前馈-反馈的控制策略表现出了良好的抗干扰性与动态响应特性，控制输出的稳定性及响应迅速性远超过常规地源热泵空调系统。在负荷预测的基础上，提出了地源热泵与蓄能耦合系统的优化运行控制方法，详细分析了该方法的实现过程。根据本文建立的系统实验台，对该方法进行了实验验证。研究发现：优化运行控制的作用显着，可以较明显地降低运行成本，日运行费用的节省比例达到20%以上，运行效率显着提高（系统的COP由3.0提高至4.5左右），减少了运行能耗。根据建立的实验系统，研究了地源热泵的叁种典型运行状态：地源与太阳能耦合运行模式、蓄能运行模式及独立地源热泵运行模式。在进行性能分析、环境影响、能源结构、能分析与火用分析的基础上，得出：(1)地源与太阳能耦合运行时，太阳能对提高热泵系统效率的短期效果不明显，主要作用在于保持系统长期运行的高效性及稳定性；(2)水蓄能装置的内部结构可直接影响分层效果，是影响蓄能过程综合效率的一个重要因素；(3)地源热泵循环中能量传递效率最高的环节是BHE中热交换过程（效率可达96.1%），但火用效率却最低（火用效率仅为7.2%）。在进行系统设计时，需要综合考虑这两种效率对于整个系统的影响。
满意[6]2007年在《地源热泵复合系统的研究》文中研究说明随着经济的发展和人民生活水平的提高,公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求。由于能源与环境问题成为了世界各国面临的重大社会问题,地源热泵复合系统作为一种节能环保的空调系统已受到人们广泛关注,为了进一步推广和应用这项技术,需要一个准确方便的地源热泵复合系统的设计方法,并通过实际具体计算比较确定出最为经济的系统。本文对于特定地区的特定建筑物设计了普通地源热泵空调系统和地源热泵复合空调系统,并对各种系统的经济性做出了分析比较。首先,对特定地区的特定建筑物使用DEST软件计算其全年逐时空调负荷。本文选取的为济南地区的办公建筑物,此建筑物为冷负荷占优型建筑物,适合采用加辅助散热设备的地源热泵复合系统。其次,对整个地源热泵负荷系统的各组成部分,即热泵、地热换热器、辅助散热设备建立计算用数学模型,编写程序对各模块进行全年逐时运行数据计算,实现对整个系统的全年能耗模拟。然后,调整地源热泵复合系统的地热换热器与辅助散热设备的冷量配比,对于同一建筑物选用不同的地源热泵复合系统的设计,做全年逐时运行能耗模拟,计算出其运行费用及系统初投资,对地源热泵复合系统进行优化选择。同时对于特定的地源热泵复合系统通过改变辅助散热设备的运行控制方式,计算它们的全年运行费用,确定出最经济的系统运行控制方式。最后,通过将多种系统形式的地源热泵复合系统及多种辅助散热设备运行控制方式的全年逐时模拟计算结果列表,并使用Origin软件画图进行比较,得出了若干关于地源热泵复合系统优化设计及运行的结论和建议。
胡田飞[7]2018年在《制冷与集热技术在寒区路基工程中的应用研究》文中研究表明对于寒区路基工程,温度变化引起的各种热力学效应是影响路基稳定性的主要原因之一。冻土路基病害的本质原因在于热量的收支不平衡特征,即多年冻土在暖季的过度热输入和季节性冻土在冷季的过度热损失。目前,多年冻土路基“主动冷却”措施,包括块石路基、通风管、热管等,均存在冷却效率低和季节匹配性差的不足。季节性冻土路基冻胀防治措施主要着眼于土质改良、水分控制和被动保温,缺乏对传热量的主动调控。从传热学角度分析,寒区路基热学稳定性维护的最有效途径在于严格控制热量收支平衡,实时控制多年冻土在暖季的热输入和季节性冻土在冬季的热损失,两者分别属于制冷和供热问题。制冷与供热技术在人居环境调节和工业应用领域,已形成完整成熟的学科体系。制冷和供热技术均需要能量补偿来驱动不可逆传热过程。中国冻土地区的太阳能、风能、地热能等可再生能源分布条件良好,各类新能源利用技术日趋成熟,基于新能源驱动的制冷技术与供热技术在寒区路基工程中具有巨大的应用潜力。本文主要以国家自然科学基金重点项目“面向多年冻土地区高速铁路建设的温控热桩技术及其环境影响”(41731281)为依托,基于制冷与集热技术原理及方法,对常规蒸气压缩式制冷技术、热驱动制冷技术,以及太阳能集热技术和地源热泵技术等集热技术的特征和发展水平等内容进行了比较。在此基础上,结合新能源利用技术,提出了四种面向寒区路基工程的主动热学调控方法与装置,包括面向多年冻土区路基工程的制冷措施:压缩式制冷管和吸附式制冷管;面向季节性冻土区路基工程的供热措施:太阳能集热管和地源热泵管。以上述四种措施为对象,通过技术调研、可行性分析、装置设计与制作、模型与现场试验等方法,对其热学性能、技术适用性等内容进行了研究,以期建立一套寒区路基热学稳定性主动调控技术体系。本文取得的主要研究成果包括:(1)阐明了现有寒区路基热稳定性维护措施季节匹配性差和热学效率低的本质原因在于,均局限于自然温差驱动下的传热过程。结合建筑环境与能源应用工程等学科领域的理论与方法,提出分别将制冷技术和集热技术引入到多年冻土区和季节性冻土区路基工程,通过附加逆向于自然传热方向的热输出和热输入过程,来严格控制路基在病害易发季节的热量收支平衡状态和温度变化。(2)通过一系列冻融循环试验、叁轴压缩试验及物理性质测定试验,分析冻融循环作用下干密度变化和水分重分布对土体力学性质变化的耦合作用机制,揭示冻融循环强化和劣化等多样化效应的内在机理。进而提出,寒区路基稳定性维护应着眼于更为主动和有效的热学调控。(3)通过制冷技术和集热技术的对比,结合我国寒区丰富的新能源分布条件和新能源利用技术,归纳路基热稳定性调控措施的特殊要求和设计原则,比选出压缩式制冷技术、热驱动吸附式制冷技术、太阳能集热技术和地源热泵技术在寒区具有较好的适用性,且均可由可再生自然能源驱动运行。(4)提出两种面向多年冻土区路基工程的制冷装置,包括压缩式制冷管和太阳能光热吸附式制冷管,对其结构型式、装置部件及选型、加工制作步骤、智能化控温功能等方面内容进行设计。分别制作样机,并建立制冷性能试验系统,通过对不同试验条件下装置制冷温度和试验箱土体温度监测数据的分析,确定两种装置的制冷温度、制冷量、制冷功率、制冷系数、有效冻结半径等性能指标的量值范围,并分析其影响因素及实用性。(5)提出两种面向季节性冻土区路基工程的集热装置,包括太阳能集热管和地源热泵管,设计装置的基本部件和整体结构型式。分别制作样机,并建立供热性能试验系统,基于试验监测结果,确定最高集热温度、平均供热温度、集热量、集热效率及有效供热半径等性能指标的量值范围及其影响因素。(6)基于热储量变化和稳态传热理论,综合确定多年冻土区路基在暖季的冷负荷和季节性冻土区路基在冬季的热负荷。根据上述四种装置的性能试验结果,讨论其热学功率与路基负荷的匹配性,提出相应的应用方案。
迟玉霞[8]2007年在《辅助冷却复合式地源热泵地下温度场的研究》文中指出对于采用地源热泵系统的以冷负荷为主的商业性建筑和公共建筑,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。而为了防止这种吸热和排热的不平衡,势必引起地下埋管的实际长度远大于系统所需要的长度。而复合式地源热泵系统可以利用辅助冷却装置(辅助冷却塔、液体冷却器和冷却池塘等)来减少系统的初投资,提高系统的运行特性。对于以冷负荷为主的建筑使用辅助冷却装置可以减少钻孔数量,也可以减小因地下埋管年吸、放热量的不平衡而引起的热泵机组运行特性的恶化。而合适的控制策略,控制参数的选择,是提高复合地源热泵系统运行特性的重要因素。鉴于此,本文拟开展根据土壤温度场的恢复情况来研究复合式地源热泵系统的辅助散热量,为复合式地源热泵系统的进一步推广提供理论和实验依据。本文依据能量守恒建立起复合式地源热泵机组,建筑物空调末端侧、地下埋管侧和辅助冷却塔等复合式地源热泵系统各部分内在耦合的数学模型,并结合R134a涡旋压缩机复合式地源热泵机组系统的理论分析,重点对地下土壤温度场的恢复进行了分析,为复合式地源热泵系统控制策略的确定提供理论基础。已建立的复合式地源热泵实验装置系统,热泵机组采用R134a涡旋压缩机,ARI标定工况制冷量为21.8 KW。实验系统工艺流程和数据采集与数据处理系统,可以满足不同季节、不同运行模式下的复合地源热泵实验要求。在现有的实验条件的基础上,对冷却塔辅助冷却复合式地源热泵在间歇运行工况下,辅助冷量不同对地温的恢复影响进行了分析。
马一太, 王景刚, 李敏霞, 查世彤[9]2003年在《CO_2跨临界循环地源热泵的研究》文中研究指明给出了CO2 跨临界循环地源热泵的系统流程 ,并在考虑输气系数和绝热效率的基础上 ,与R2 2和R134a等进行了循环性能比较。结果表明 ,用于需要较高供水温度的空调系统或热水供应系统时 ,CO2 可具有和常规工质相当的性能。同时对于一特定的CO2 地源热泵 ,分析了在热水流量和热水温度变化时的运行特性 ,并讨论了CO2 地源热泵容量调节的方法
邱露[10]2016年在《光伏、储能、地源热泵一体化微网建模及运行特性研究》文中研究指明随着能源和环境问题的日益突显,可再生能源的利用逐渐成为全球关注的焦点。现今已开发利用的可再生能源有太阳能、风能、潮汐能、生物质能、地热能等。在这些可再生能源的的利用方式上,光伏发电由于能源利用率较高,成为目前最具前景的一种分布式发电技术。同时,地源热泵空调系统充分利用了浅层地能,具有很好的节能减排效应。利用分布式电源所建立的微网不仅避免了分布式电源大量接入电网所带来的问题,而且提高了用电的可靠性。为此本文提出了太阳能发电与地源热泵联合使用的方案为建筑负荷提供电能及冷热能,既节约了电能,又减少了由空调系统所带来的环境污染,为节约及合理利用能源提供新的思路。本文以微网运行控制仿真平台的方式,在MATLAB/SIMULINK中依次建立了光伏电池的PQ控制仿真模型,储能系统的V/f控制仿真模型和地源热泵运行仿真模型。在基于主从控制策略的前提下,对整个微网系统进行了仿真。仿真结果表明本文所建立的含地源热泵的微网系统模型在具备一定的通用性的前提下,还具有很好的经济性。本文首先简单介绍了基于太阳能光伏发电、储能和地源热泵系统构成的微网系统,并系统分析了该光伏、储能、地源热泵一体化微网系统的总体结构、工作原理和控制策略。此外,在TRNSYS软件中仿真了地源热泵的运行过程以及其所起到的效用。在上述工作的基础上,本文分别对太阳能光伏并网模型,储能模型和地源热泵模型进行了MATLAB建模。其中,第叁章重点研究了光伏并网模型和储能V/f控制模型,以及各自的运作原理。第四章重点研究了地源热泵模型,包括了蒸发器模型、压缩机模型、冷凝器模型和膨胀阀模型,以及用户末端模型和地埋换热器模型,以及它的运作原理和工作过程。最后,在算例仿真部分,在MATLAB软件中搭建了包含某建筑负荷的基于主从控制策略的微网系统,其中太阳能光伏和储能系统为地源热泵和建筑负荷供电,地源热泵在获得电能的同时又能为建筑提供所需的冷、热能。该微网系统的仿真结果证明本文所搭建的含地源热泵的微网系统比起普通微网,不仅具有更好的节能效果,同时减少了由空调系统所带来的环境污染,为节约及合理利用能源提供新的思路。
参考文献：
[1]. 自然工质热泵循环和地源热泵运行特性研究[D]. 王景刚. 天津大学. 2002
[2]. R407C地源热泵系统设计与实验研究[D]. 李兴. 北京工业大学. 2005
[3]. 太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性研究[D]. 李永. 河北工程大学. 2007
[4]. 地源热泵埋地换热器动态特性及地上机组节能研究[D]. 朱仕武. 上海海运学院. 2002
[5]. 地源热泵控制策略理论与系统实验研究[D]. 胡涛. 天津大学. 2012
[6]. 地源热泵复合系统的研究[D]. 满意. 山东建筑大学. 2007
[7]. 制冷与集热技术在寒区路基工程中的应用研究[D]. 胡田飞. 北京交通大学. 2018
[8]. 辅助冷却复合式地源热泵地下温度场的研究[D]. 迟玉霞. 河北工程大学. 2007
[9]. CO_2跨临界循环地源热泵的研究[J]. 马一太, 王景刚, 李敏霞, 查世彤. 太阳能学报. 2003
[10]. 光伏、储能、地源热泵一体化微网建模及运行特性研究[D]. 邱露. 华北电力大学(北京). 2016
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