根据能量守恒原理和集中参数法对该系统建立了整体的动态数学模型。针对设定水泵机组埋管侧入口冷却水最高温度为29℃的控制策略,将该动态模型与TRNSYS模型的运行仿真结果进行了对比,并对该系统不同控制模式下系统的运行状况及性能进行了仿真。广一水泵厂得到了以下的结论:
1、基于典型气象年天气参数利用DeST软件对该建筑进行全年空调逐时负荷计算,显示该建筑夏冬季空调峰值负荷比为1.62,夏冬季累计冷热负荷比2.71,冬夏季空调负荷比例悬殊,考虑使用冷却塔辅助地源热泵系统。利用GLD软件在导入建筑逐月累计负荷并设置土壤与管材物性的基础上,设计计算地埋管环路系统,设计结果为20根钻孔5X4布置,钻孔深85米;辅助冷却塔设计容量为116kW。
2、在对冷却塔辅助地源热泵系统合理假设和适当简化的基础上,建立了系统整体的动态数学模型。以设定水泵机组埋管侧最高入口水温29℃为例,对该冷却塔辅助地源热泵系统分别用动态数学模型与TRNSYS模型进行仿真和对比,结果表明二者在系统全年能耗及土壤温度变化方面都吻合的很好。
3、针对该冷却塔辅助地源热泵系统,控制模式1控制简单,起到很好的“削峰”作用,机组埋管侧入口冷却水温度的设定值越低,系统的COP越高,土壤的热不平衡率越小,设定值取29℃为该控制模式下最优控制策略,全年机组平均COP为4.325,系统平均COP为2.755,管群区域土壤平均温升为2.05℃。
4、控制模式2能够为冷却塔创造有利运行条件,当天气恶劣不利于冷却塔运行时,冷却塔可以停运,不会造成广一离心泵的进水温度过高。设定温差越大,系统COP越小,土壤的热不平衡率越大,2℃温差控制为最优控制方案,全年机组平均COP为4.488,系统平均COP为2.783,管群区域土壤平均温升为1.65℃。
5、控制模式3利用夜间较低的室外湿球温度散失土壤中聚积的热量,能够一定幅度的提高机组COP,但增加了埋管侧水泵和冷却塔夜间运行的能耗,系统COP较低,全年机组平均COP为4.317,系统平均COP为2.621,管群区域土壤平均温升为1.86℃o
6、控制模式4充分利用过渡季较低的湿球温度来散热,明显减少了土壤的热不平衡,但埋管广一离心泵和冷却塔增加的能耗也非常明显,系统的COP是串联系统这四种模式中最低的,运行全年机组平均COP为4.541,系统平均COP为2.512,管群区域土壤平均温升为0.92℃。
7、控制模式5中对冷却塔采用设定机组埋管侧进口流体温度和环境空气湿球温度的差值,该值越小,运行效果越好,而对于地埋管间歇小时数的设定存在最佳值,设定机组埋管侧冷却塔支路进口水温和环境湿球温度的差值为2℃辅以设定地埋管支路2h间歇运行的控制策略既满足土壤热平衡的要求,又能保证系统很高的COP为该控制模式中最优控制策略,机组年平均COP为4.356,系统年平均COP为2.857,夏季对土壤放热量与冬季从土壤吸热量的比值为1.190
综合比较以上各控制模式中的最优控制策略,广一水泵厂对冷却塔设定机组埋管侧进口水温和环境湿球温度2℃温差辅以设定地埋管2h间歇运行的控制策略比设定机组埋管侧入口最高冷却水温为29℃的控制策略机组COP提高0.7%,系统COP提高3.6%,土壤热不平衡率减少62.1;比设定机组埋管侧入口水温与环境湿球温度2℃温差的控制策略机组COP降低2.9%,系统COP提高2.6%,土壤热不平衡率减少56.4%;比定时控制策略机组COP提高0.9%,系统COP提高8.3,土壤热不平衡率减少60.1;比控制模式2辅以过渡季单独启用冷却塔散热的控制策略机组COP降低4.1,系统COP提高12.1%,土壤热不平衡率减少38.3%。由此可见对冷却塔设定机组埋管侧进口水温和环境湿球温度2℃温差辅以设定地埋管2h间歇运行的控制策略为项目组列举的所有控制策略中的最佳控制方案。
还有一些方面有待研究如下:
1、对于不同地区不同建筑条件下复合地源热泵系统的研究。
2、将建筑负荷模型中房间空气热容的影响考虑进去,使模型更精确。
3、对包括冷却塔及系统其他部件新的控制模式的探究。
4、对于各环路瞬时变流量对系统能耗影响的研究。
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