【正文】 中 期典型天的運(yùn)行策略 下表是在集熱啟動(dòng)溫差 10℃、集熱停止溫差 3℃、儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度 50℃以及儲(chǔ)熱停止溫差 5℃的條件下，根據(jù)單一變量原則，改變不同的運(yùn)行參數(shù)，通過對(duì)比不同運(yùn)行參數(shù)下的儲(chǔ)熱總效率來判定運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)劣。 表中控制參數(shù)列設(shè)置“ 10/3/40/3”代表的含義分別是集熱啟動(dòng)溫差、集熱停止溫差、儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度、儲(chǔ)熱停止溫差。 而用熱量公式直接由 tcmQ ?? 計(jì)算得到的 儲(chǔ)熱量為 869 kWh， 與實(shí)際值比較接近，得到的 相對(duì)誤差是 %，因此用這種方法計(jì)算是正確的，也是與實(shí)際相符的。 把修改好的氣象數(shù)據(jù)對(duì)照 TM2文件中的修改項(xiàng)一一輸入進(jìn)去，得到新的 TM2 天氣文件后，輸入到仿真模型中。并把典型天的氣象數(shù)據(jù)輸入到模型中，對(duì)比分析實(shí)測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果，調(diào)整得到正確的模型。輸入?yún)?shù)有泵的額定功率和額定流量。和 21176。在建立太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的 TRNSYS16 模型過程中，首先考慮建立兩個(gè)主要的循環(huán)系統(tǒng)以及循環(huán)過程中所需要的 TRNSYS16 模型部件。進(jìn)一步說明，要想找到最佳的運(yùn)行參數(shù)，需要在相同的氣象參數(shù)下，這樣得出的結(jié)果才更加具有可信度。 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理 由于實(shí)際系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行參數(shù)在不斷地調(diào)整，而參數(shù)可能單變量的調(diào)整，也可能多變量的調(diào)整，而分析數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該對(duì)單一變量對(duì)結(jié)果的不同進(jìn)行分析，得出最佳的運(yùn)行策略。而后，由于太陽(yáng)能集熱器集熱的原因，集熱出口的溫度緩慢上升。如圖 4 所示，這些數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過儲(chǔ)熱過程，小井群地溫是緩緩上升的。太陽(yáng)能集熱器的陣列是由 54 組 型號(hào)為 LPC471550 的真空管集熱器并聯(lián)而成，結(jié)構(gòu)均為橫雙排，它的采光總面積為 280m2。第一步：使儲(chǔ)熱參數(shù)不變，調(diào)節(jié)集熱循環(huán)中的集熱參數(shù)，即集熱啟動(dòng)溫差和集熱停止溫差，啟動(dòng)溫差的變化數(shù)值為 6℃、 8℃、 10℃、 12℃和 15℃；停止溫差變化的數(shù)值為 1℃、 2℃、 3℃、 4℃、 5℃、 6℃和 7℃，并把集熱量和儲(chǔ)熱量模擬出來。通過驗(yàn)證使建立的模型盡可能接近實(shí)際運(yùn)行的狀況。 王恩宇、齊承英等 [16]對(duì)天津某 個(gè) 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱 系統(tǒng)的供熱模式作了研究 ， 并分析了三種供熱的模式 ，其中把跨季節(jié)儲(chǔ)熱的系統(tǒng)作為了試驗(yàn)的模式，另外兩種土壤熱泵作為對(duì)比。針對(duì)在有無蓄熱水箱的三種模式，對(duì)它們的水箱蓄放熱、集熱器集熱量和效率以及地埋管的吸熱量進(jìn) 行了研究。并用編程分析計(jì)算了水箱水溫的變化和地下土壤周圍的溫度場(chǎng)的變化。太陽(yáng)能跨季節(jié)地源熱泵系統(tǒng)的利用是有很多的優(yōu)點(diǎn)，而一些實(shí)驗(yàn)和模擬研究也初步證明了系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)越性，但是進(jìn)一步探討太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行策略也是有必要的。如果人們不加節(jié)制的開采、濫用，總有一天，化石能源會(huì)枯竭，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展也會(huì)受到致命的沖擊。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，把儲(chǔ)熱過程劃分不同階段，選擇各階段的典型天。利用淺層地?zé)崮艿牡卦礋岜迷谶\(yùn)行過程中 會(huì)隨著使用年數(shù) 的增加而導(dǎo)致地溫逐漸降低，蒸發(fā)溫度也會(huì)降低，從而使系統(tǒng)整體 的性能系 數(shù)下降。 Onder Ozgener [5]等對(duì)用于溫室加熱的太陽(yáng)能輔助地源熱泵系統(tǒng)進(jìn) 行了實(shí)驗(yàn)性能方面的研究，并且對(duì)這種系統(tǒng)的熱力損失以及成本兩者之間的關(guān)系做了進(jìn)一步的調(diào)查。而很多研究都集中在系統(tǒng)試驗(yàn)性能和運(yùn)行模式的研究上，并對(duì)影響系統(tǒng)性能的因素作了分析，例如有無蓄熱水箱的影響，蓄熱 水箱體積大小的影響等。又對(duì)跨季節(jié)蓄熱的可行性以及不同運(yùn)行模式對(duì)土壤溫度場(chǎng)的影響作了研究 。研究得出，跨季節(jié)土壤蓄熱有利于減緩非供暖季節(jié)的集熱器過熱問題，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定運(yùn)行。具體的研究方法如下： （ 1）建立 TRNSYS 模型，而在建立模型的過程中首先要分析系統(tǒng)包括哪幾部分，建立每一部分模塊，如建立太陽(yáng)能集熱器、蓄熱水箱和地埋管熱交換器等 模型，然后按照太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)連接各部分。節(jié)能樓的建筑面積為，高度為 22m，分為上下四層，方向?yàn)槟媳逼珫| 20176。太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)分為兩個(gè)運(yùn)行過程，即集熱循環(huán)過程和儲(chǔ)熱循環(huán)過程（如圖 3）。對(duì)比圖 6 和圖 7，在 55℃的儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度下，儲(chǔ)熱沒有啟動(dòng)，說明設(shè)置的儲(chǔ)熱溫度太高。由圖 6 分析可得，系統(tǒng)只有集熱過程而沒有儲(chǔ)熱過程，等到集熱過程結(jié)束時(shí)，水箱溫度仍然沒有達(dá)到儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度，說明儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度設(shè)置的太高。如在 20xx 年 4 月 9 日這一天，設(shè)置的水箱溫度為 40℃，儲(chǔ)熱效率為 。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的結(jié)果受多種因素影響。而同時(shí)需要把儲(chǔ)熱的啟停信號(hào)聯(lián)系起來，此時(shí)通過方程的編譯，將儲(chǔ)熱開始的信號(hào)，儲(chǔ)熱停止的信號(hào)以及非供熱季信號(hào)相乘，進(jìn)而作為一個(gè)儲(chǔ)熱啟停信號(hào)連接到儲(chǔ)熱循環(huán)水泵。模塊還可輸出有效的集熱量，儲(chǔ)熱量以及集熱回水溫度和儲(chǔ)熱供水溫度。 而非供熱季 的結(jié)束時(shí)間為 20xx 年 10 月 31日。但同時(shí)要注意到，這些數(shù)據(jù)在輸入文件中時(shí)都是整數(shù)，而且環(huán)境溫度和露點(diǎn)溫度都要乘以 10 以后才能在氣象數(shù)據(jù)文件中輸入。 （ 2）實(shí)際和模擬的儲(chǔ) 熱量 分析對(duì)比 圖 12 典型天實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)下的儲(chǔ)熱量與實(shí)際儲(chǔ)熱量的對(duì)比圖 圖 12 是典型天實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)下，當(dāng)天系統(tǒng)每小時(shí)的實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)熱量和模擬儲(chǔ)熱量的比較。因此可以按照實(shí)驗(yàn)方案比較分析集熱量、儲(chǔ)熱量以及效率，盡可能的讓更多的熱量?jī)?chǔ)存在地下，以此來找到最佳的運(yùn)行策略。太陽(yáng)能集熱器向蓄熱水箱集的熱量越少。 而且從表中可以看出溫差為 1℃和3℃，兩者儲(chǔ)熱總效率相差不大，可以選擇 3℃為最佳控制策略。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 32 表 9 典型天 （ 4 月 1 日 ） 不同儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度的模擬值 控制參數(shù) 儲(chǔ)熱啟動(dòng) 溫度（ ℃ ） 輻射量（ kWh） 集熱量（ kWh） 儲(chǔ)熱量（ kWh） 集熱效率 儲(chǔ)熱效率 效率 總效率 10/3/3 55 52 50 48 45 43 40 38 35 由表 9 分析可得，儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度對(duì)集熱過程和儲(chǔ)熱過程的影響都較大。 圖 13 集熱量、儲(chǔ)熱量的 TRNSYS16 瞬時(shí)模擬圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 29 圖 14 集熱儲(chǔ)熱控制信號(hào)的 TRNSYS16 瞬時(shí)模擬圖 圖 15 集熱儲(chǔ)熱供回水溫度的 TRNSYS16 瞬時(shí)模擬圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 30 圖 16 水箱溫度的 TRNSYS16 瞬時(shí)模擬圖 調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，結(jié)果應(yīng)為通過分析不同參數(shù)下 的地溫進(jìn)而來比較控制參數(shù)的優(yōu)略。導(dǎo)致實(shí)際的集熱效率較高，因此實(shí)驗(yàn)河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 27 值大于模擬值。 （ 2）典型天氣象數(shù)據(jù)的修改 首先打開天津 TM2 格式的氣象數(shù)據(jù)文件，里面有許多種類的氣象數(shù)據(jù)，如下表所示。 （ 8） Type14 heating season 強(qiáng)制函數(shù) 該部件可用于非供熱季和供熱季時(shí)間的控制，初始設(shè)定參數(shù)包括供熱季開始和結(jié)束的時(shí)間。在模擬過程中，蓄熱水箱需要修正輸入的參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)數(shù)和水箱劃分的組數(shù)。儲(chǔ)熱進(jìn)出口溫度差即為地埋管換熱器進(jìn) 出口溫度之差。所以，在不同的氣象條件下比較集熱效率是不準(zhǔn)確的，那河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 19 么只有通過模擬保證邊界條件相同的情況下，才能得到比較準(zhǔn)確的運(yùn)行策略 。 表 2 在相同的集熱啟停參數(shù)為 6℃、 3℃以及儲(chǔ)熱停止參數(shù) 3℃下，不同水箱溫度的集熱量、儲(chǔ)熱量以及儲(chǔ)熱效率的分析如下所示。但是隨著儲(chǔ)熱過程的進(jìn)行，儲(chǔ)熱出水溫度和回水溫度變化較為緩慢，是因?yàn)閾Q熱過程溫度差減小的原因。從實(shí)驗(yàn)中找出有代表性的幾天進(jìn)行分析。其中儲(chǔ)熱井群的土壤溫度是 m mm3以及 m4 四口井的平均溫度。 ，東經(jīng) 176。 研究方法 因?yàn)楸菊n題的主要內(nèi)容是 對(duì)太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)控制策略的研究 ，而這個(gè)過程以實(shí)驗(yàn)為輔，數(shù)值模擬為主。研究得出，儲(chǔ)熱過程的啟動(dòng)溫度、停止溫度或者溫差都會(huì)對(duì)系統(tǒng)和熱泵的 性能系數(shù)產(chǎn)生影響。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 4 而近十年內(nèi)，對(duì)太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱的研究也逐漸增多。他們對(duì)太陽(yáng)能 土壤熱源熱泵系統(tǒng)交替供暖的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究表明：太陽(yáng)能熱泵的平均供熱率為 2334W ，平均供熱系數(shù)為 ； 土壤熱泵的相應(yīng)參數(shù)為 2298W 和 2. 83；太陽(yáng)能 土壤熱泵的相應(yīng)參數(shù)為 2316W 和 [8]。加入儲(chǔ)熱設(shè)備使得能量的供給更加穩(wěn)定。而將可再生能源應(yīng)用到建筑上面，是新時(shí)期緩解能源危機(jī)的一個(gè)重要措施，將會(huì)推動(dòng)全社會(huì)健康、持續(xù)的發(fā)展。并得出實(shí)驗(yàn)條件下的優(yōu)選運(yùn)行參數(shù)，為仿真模擬提供了指導(dǎo)作用。大力發(fā)展可再生能源是目前解決能源問題的有效方案。 課題的研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 彭德羅在 20 世紀(jì) 50 年代提出組合 埋地盤管和太陽(yáng)能集熱器 的思想。 由這由這些發(fā)展歷程可以看出，國(guó)外的研究較早，研究國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀有助于我們河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 3 對(duì)先進(jìn)技術(shù)的把握。聯(lián)合供暖模式二比其它模式效果更佳。 20xx 年，楊華等 [17]對(duì) 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱耦合熱 泵系統(tǒng) 的性能進(jìn)行了分析 ， 并使用 VB 軟件建立了仿真模型。 （ 3）利用已經(jīng)建立好的太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)非供熱季節(jié) TRNSYS16 仿真模型，輸入實(shí)際的氣象參數(shù)、初始地溫以及集熱循環(huán)啟動(dòng)溫差、集熱循環(huán)停止溫差、儲(chǔ)熱循環(huán)啟動(dòng)溫度和儲(chǔ)熱循環(huán)停止溫差初始運(yùn)行參數(shù)等邊界條件。使儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度的 參數(shù)調(diào)節(jié) 分別是 35℃、 38℃ 、40℃、 43℃ 、 45℃、 48℃ 、 50℃ 、 52℃ 、 和 55℃；使儲(chǔ)熱停止溫差變化數(shù)值分別為1℃、 2℃、 3℃、 4℃、 5℃、 6℃和 7℃，最后把集熱量和儲(chǔ)熱量模擬出來。蓄熱水箱由兩個(gè)水箱并聯(lián)組成，每個(gè)水箱的尺寸為 2m 2m，其材質(zhì)為不銹鋼內(nèi)膽，外包 有，它的壁厚為 2mm，底厚為 3mm。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 11 圖 4 20xx 年非供熱季小井群井 m1 溫度變換曲線 試驗(yàn)方案 在非供熱季不同階段調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，分別計(jì)算出不同階段的結(jié)果，具體的實(shí)施步驟如下。對(duì)于水箱溫度變化較為簡(jiǎn)單，集熱開始，水箱溫度上升；儲(chǔ)熱開始，水箱溫度下降。 效率的計(jì)算公式如下所示：集熱效率 = ；儲(chǔ)熱效率 = 按照此方案數(shù)據(jù)處理后，整理的數(shù)據(jù)分析如下表所示： 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 15 表 1 不同天集熱量、儲(chǔ)熱量以及儲(chǔ)熱效率的數(shù)據(jù)分析表 日期 集熱量 (kWh) 儲(chǔ)熱量（ kWh） 儲(chǔ)熱效率 20xx/3/23 1308 905 20xx/3/24 1117 593 20xx/3/25 747 20xx/3/26 1154 973 20xx/3/27 1033 623 20xx/3/28 932 513 20xx/3/29 932 583 20xx/3/30 880 501 20xx/3/31 20xx/4/1 20xx/4/2 20xx/4/3 1461 883 表 1 是針對(duì)不同天中，某些天儲(chǔ)熱效率明顯較高的分析。由表中可以看出當(dāng)水箱溫度為 40℃時(shí)，儲(chǔ)熱總效率達(dá)到 。然后按照系統(tǒng)的循環(huán)順序依次把它們的流量和溫度連接起來。而在設(shè)置此模塊參數(shù)時(shí)，需要修正輸入集熱器的面積，效率曲線的截距、一階效率系數(shù)、二階效率系數(shù)以及集熱器的傾斜角、集熱器的方位角和實(shí)際測(cè)試流量，并以此作為 TRNSYS16 模擬系 統(tǒng) 的 初 始 值 。 （ 6） Type31 導(dǎo)管 此部件用于系統(tǒng)模擬過程中的水管，初 始參數(shù)的設(shè)定包括管的長(zhǎng)度、管的內(nèi)直徑以及損失系數(shù)。具體可把采集到的氣象數(shù)據(jù)整理，分析，并觀察室外溫度和輻射量的折線走勢(shì)，若曲線與拋物線較為接近，則可認(rèn)為是典型天。 （ 1） 實(shí)際和模擬的集熱量 分析對(duì)比 圖 11 典型天實(shí)測(cè)氣象 數(shù)據(jù)下的集熱量與實(shí)際集熱量的對(duì)比圖 圖 11 是典型天實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)下的模擬輸出集熱量與實(shí)際當(dāng)天的集熱量每小時(shí)值得對(duì)比分析。其二，在太陽(yáng)能跨季節(jié) 儲(chǔ)熱系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 28 模擬時(shí)使用的 DST 模型存在局限性。 由表 7 可得，隨著集熱啟動(dòng)溫差的減小集熱量是增加的。 表 11 典型天 （ 7 月 26 日 ） 不同集熱啟動(dòng)溫差下的模擬值 控制參數(shù) 集熱啟動(dòng) 溫 差（ ℃ ） 輻射量（ kWh） 集熱量（ kWh） 儲(chǔ)熱量（ kWh） 集熱效率 儲(chǔ)熱效率 儲(chǔ)熱總效率 3/50/5 15 12 10 8 6 由表分析可得，在集熱啟動(dòng)溫差為 6℃ 時(shí)，集熱效果比較好，集熱量比較大，得到的集熱效率最高。 表 10 典型天 （ 4 月 1 日 ） 不同儲(chǔ)熱停止溫差的模擬值 控制參數(shù) 儲(chǔ)熱停止 溫差（ ℃ ） 輻射量（ kWh） 集熱量（ kWh） 儲(chǔ)熱量（ kWh） 集熱效率 儲(chǔ)熱效率 效率 總效率 10/3/40 1 2 3