【摘要】：在國家大力倡導可再生能源的前提下,地源熱泵系統因其節能、高效的優點得到廣泛的應用,但該技術在工程應用中也常常因為初投資大、地埋管施工困難以及吸放熱量不平衡等因素阻礙了其發展。對于北方以熱負荷為主導的建筑而言,燃氣鍋爐輔助地源熱泵復合系統作為一種新的建筑節能技術,既可以有效地減少地埋管換熱器的初投資,又可以解決地下熱不平衡的問題。地埋管換熱器的傳熱模型非常復雜,影響參數非常多,通過經驗公式或者手工計算無法準確獲得地埋管設計長度,因此使用專用設計軟件對地埋管換熱器的傳熱過程進行分析和模擬計算,并根據建筑負荷需求優化設計出合理的鉆孔埋管長度已經成為地源熱泵工程應用領域被普遍認可的設計計算方法。本文主要介紹了燃氣鍋爐輔助地源熱泵復合系統的優化設計方法,并開發了專用的設計軟件,包括軟件界面,內部算法以及結果分析。該復合地源熱泵系統開發軟件是在山東建筑大學地源熱泵研究所已開發的設計模擬軟件“地熱之星”的基礎上,利用Visual Studio 2010開發平臺,采用VC++語言編制的可視化設計模擬軟件。復合能源供熱系統設計的關鍵點之一就是要合理地確定每種供能系統承擔的建筑負荷比例,尤其是要確保地下埋管全年冷熱負荷基本平衡。因此本文首先建立了地埋管全年負荷分析方法,即根據建筑物全年累計負荷來確定地下熱不平衡率,并根據工程允許的地下熱不平衡率,求出該不平衡率下地埋管承擔的最大建筑熱負荷值以及熱泵機組承擔的累計負荷值。根據該負荷分析方法,基于地下熱平衡理論提出對燃氣鍋爐輔助地源熱泵復合系統的負荷控制法來控制燃氣鍋爐的啟停。為了更好地分析復合系統的運行控制策略,本文還提出了采用分段時間控制的簡單方法來控制燃氣鍋爐水地源熱泵工作原理的啟停。同時該軟件在已有地埋管換熱器傳熱模型的基礎上,開發了復合地源熱泵系統逐月設計計算方法和逐時模擬計算方法,利用該算法可以求出設計工況下地埋管長度,設計和模擬工況下土壤溫度、熱泵進出口溫度、系統能耗、鉆孔換熱量等參數隨時間變化的曲線和數據表格。本文還根據實際工程驗證燃氣鍋爐輔助地源熱泵復合系統的實用性以及開發的設計模擬軟件的可靠性。根據系統實測數據與軟件模擬數據對比,證明燃氣鍋爐輔助地源熱泵復合系統中,燃氣鍋爐可以有效地起到調峰作用,減少地埋管設計長度,降低初投資,并且可深井地熱供暖家用以緩解地下熱不平衡問題,提高機組效率。實測數據表明:開發的燃氣鍋爐輔助地源熱泵復合系統設計模擬軟件的計算結果是準確的,該軟件可以對復合地源熱泵系統長期運行工況進行模擬分析,為今后復合地源熱泵系統的研究和應用提供理論支持和技術指導。
