【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。如果觀察地溫的變化，結(jié)果可能不是那么的明顯，因此，可以對(duì)集熱效率和儲(chǔ)熱效率進(jìn)行分析，選出儲(chǔ)熱總效率=集熱效率儲(chǔ)熱效率最大的參數(shù)作為優(yōu)選參數(shù)。效率的計(jì)算公式如下所示：集熱效率=集熱量總輻射量 ；儲(chǔ)熱效率=儲(chǔ)熱量集熱量按照此方案數(shù)據(jù)處理后，整理的數(shù)據(jù)分析如下表所示：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2015/3/2313089052015/3/2411175932015/3/257472015/3/2611549732015/3/2710336232015/3/289325132015/3/299325832015/3/308805012015/3/312015/4/12015/4/22015/4/31461883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。由表分析可得，分析天的儲(chǔ)熱效率在50%60%之間。在3月23日，3月26日和4月3日時(shí)，儲(chǔ)熱效率比較高。特別是在3月26日這一天，這是因?yàn)樵谶@前一天，只有集熱而沒(méi)有儲(chǔ)熱，將剩余的熱量保留到第二天，導(dǎo)致蓄熱水箱開(kāi)始時(shí)的溫度較高。因此，較高的初始水箱溫度容易達(dá)到儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度，提早了儲(chǔ)熱啟動(dòng)的時(shí)間，有利于儲(chǔ)熱過(guò)程的進(jìn)行，進(jìn)而提高了儲(chǔ)熱效率。 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。表2 不同水箱溫度下儲(chǔ)熱效率的數(shù)據(jù)分析表日期水箱溫度（℃）集熱量(kWh)儲(chǔ)熱量（kWh）儲(chǔ)熱效率2015/4/8359275282015/3/30408805012015/4/911216112015/4/1011506372015/4/118444722015/4/1616019202015/4/19296002015/4/12450002015/4/1314547872015/4/1712567042015/4/2014459052015/4/1850449255由表2分析可得，在不同的水箱溫度下，太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱效率的變化并不大，并且同一設(shè)置運(yùn)行參數(shù)下會(huì)出現(xiàn)不同的儲(chǔ)熱效率。如在2015年4月9日這一天，設(shè)置的水箱溫度為40℃。比4月8日設(shè)置35℃，但是在4月16日設(shè)置水箱溫度為40℃，因此，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析存在很多局限性，實(shí)驗(yàn)不能保證在相同的氣象參數(shù)下。在表2中，4月20號(hào)這一天的儲(chǔ)熱參數(shù)比其它天儲(chǔ)熱參數(shù)要高出許多，這是因?yàn)樵?月19日這一天系統(tǒng)只有集熱而沒(méi)有儲(chǔ)熱，導(dǎo)致在20號(hào)當(dāng)天系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，水箱的溫度較高，容易達(dá)到啟動(dòng)的儲(chǔ)熱溫度。在相同的集熱啟停參數(shù)6℃、3℃以及儲(chǔ)熱停止溫差3℃下，不同水箱溫度下的集熱效率分析如表3所示。表3 不同水箱溫度集熱效率的數(shù)據(jù)分析表日期水箱溫度（℃）集熱量(kWh)輻射量（kWh）集熱效率2015/4/83592717602015/3/304088015582015/4/9112119502015/4/10115019232015/4/1184415532015/4/16160127982015/4/192967702015/4/1245002015/4/13145424262015/4/17125621142015/4/20144523012015/4/1850449870由表3分析可得，水箱溫度為40℃和45℃的集熱效率比較高，特別是水箱溫度為45℃的集熱效率更高些，而在35℃和50℃的集熱效率比較低。說(shuō)明蓄熱水箱溫度的大小影響集熱過(guò)程。而在4月19日時(shí)，是受天氣的影響比較大，因?yàn)檫@一天的太陽(yáng)直射輻射較差。進(jìn)一步說(shuō)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。表4在相同的集熱啟停參數(shù)6℃、3℃以及儲(chǔ)熱停止溫差3℃下，針對(duì)不同水箱溫度下的儲(chǔ)熱總效率的分析如下表所示。由表中可以看出當(dāng)水箱溫度為40℃時(shí)。在水箱溫度為45℃，與其它儲(chǔ)熱總效率比較更為合理。表4不同水箱溫度下儲(chǔ)熱總效率的數(shù)據(jù)分析表水箱溫度（℃）集熱量(kWh)輻射量（kWh）儲(chǔ)熱量（kWh）儲(chǔ)熱總效率359271760528408801558501112119506111150192363784415534721601279892029677004500014542426787125621147041445230190550449870255表5不同天不同集熱啟動(dòng)溫差下的集熱效率分析表集熱啟動(dòng)溫差（℃）儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度（℃）集熱量（kWh）輻射量（kWh）集熱效率10459321725810001844614542426104010331915814612501611211950表5是分析系統(tǒng)集熱啟動(dòng)溫差變量10℃、8℃、6℃，儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度變量40℃、45℃運(yùn)行參數(shù)下的集熱量以及集熱效率的變化規(guī)律。由表可得，從目前表中的數(shù)據(jù)來(lái)看集熱啟動(dòng)溫差為6℃和8℃時(shí)的集熱效率比較好，但同時(shí)可以看出有兩天的集熱效率比較高。這是因?yàn)樵谶@兩天中明顯太陽(yáng)輻射較好，集熱效率受到天氣參數(shù)的影響。所以，在不同的氣象條件下比較集熱效率是不準(zhǔn)確的，那么只有通過(guò)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?？偨Y(jié)上述的曲線分析和數(shù)據(jù)分析，在試驗(yàn)中會(huì)有許多局限性。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的結(jié)果受多種因素影響。在試驗(yàn)過(guò)程中，天氣參數(shù)也一直在改變，不能保證系統(tǒng)單一參數(shù)變量的條件。因此，由于實(shí)試自身的局限性，就需要進(jìn)行TRNSYS16仿真模擬來(lái)解決這些問(wèn)題。4 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)TRNSYS16模型根據(jù)任務(wù)要求建立了太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)非供熱季的TRNSYS16仿真模型，模型如下圖8所示：圖8太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱仿真模型本課題的目的是尋找太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的最佳運(yùn)行策略，但在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、集熱量和儲(chǔ)熱量等受天氣的影響較大，而且比較不同運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)劣時(shí)，并不能保證在相同的天氣條件下，因此，在分析數(shù)據(jù)時(shí)往往不能得到正確的結(jié)果，與實(shí)際的分析情形有偏差。但若建立TRNSYS16模型，輸入典型天的天氣參數(shù)，在相同的天氣條件下來(lái)尋找最佳運(yùn)行策略，就可以很好的解決這些問(wèn)題。所以，建立模擬模型是很有必要的。太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱非供熱系統(tǒng)包括兩個(gè)循環(huán)過(guò)程，即集熱循環(huán)過(guò)程和儲(chǔ)熱循環(huán)過(guò)程。在建立太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的TRNSYS16模型過(guò)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(guò)程中所需要的TRNSYS16模型部件。根據(jù)節(jié)能樓實(shí)際的太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱非供熱季系統(tǒng)，集熱循環(huán)過(guò)程和儲(chǔ)熱循環(huán)過(guò)程所用到的部件是：太陽(yáng)能集熱器，蓄熱水箱，集熱循環(huán)泵，水管，儲(chǔ)熱循環(huán)泵和地埋管熱交換器。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(lái)。主系統(tǒng)建立之后，考慮系統(tǒng)的控制部件。因?yàn)樵诩療嵫h(huán)過(guò)程中有集熱啟動(dòng)溫差控制和集熱停止溫差控制。在此可以利用溫差控制部件，把太陽(yáng)能集熱器出口溫度和蓄熱水箱集熱出口溫度分別與集熱溫差控制器的高輸入端溫度，低輸入端溫度進(jìn)行連接。而在儲(chǔ)熱控制中有儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度控制和儲(chǔ)熱停止溫差控制，儲(chǔ)熱啟動(dòng)溫度控制可使用溫差控制器控制，把蓄熱水箱溫度與儲(chǔ)熱控制器高輸入端溫度進(jìn)行連接，而低輸入端溫度不需要進(jìn)行連接，只是在儲(chǔ)熱溫差控制器的低輸入端溫度參數(shù)設(shè)置為30。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。儲(chǔ)熱停止可以用方程來(lái)進(jìn)行控制，并將地埋管換熱器進(jìn)出口溫度連接到方程，方程中儲(chǔ)熱停止溫差控制使用TRNSYS16中的ge函數(shù)，當(dāng)儲(chǔ)熱進(jìn)出口溫差小于設(shè)定儲(chǔ)熱停止溫差時(shí)，儲(chǔ)熱循環(huán)系統(tǒng)就可以停止。而同時(shí)需要把儲(chǔ)熱的啟停信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，此時(shí)通過(guò)方程的編譯，將儲(chǔ)熱開(kāi)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?？刂破骰蛘叻匠炭刂菩盘?hào)最終都是通過(guò)控制集熱循環(huán)泵和儲(chǔ)熱循環(huán)泵的啟停來(lái)控制整循環(huán)系統(tǒng)的啟停。系統(tǒng)需要輸入太陽(yáng)能輻射量，因此需要一個(gè)天氣部件，并且把天氣部件和集熱器進(jìn)行連接，包括環(huán)境溫度，入射輻射，水平散射，太陽(yáng)入射角，太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角。在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，管子、地埋管熱交換器和蓄熱水箱都會(huì)有熱量的損失，這一部分熱量損失需要考慮到模擬系統(tǒng)中，把天氣部件中部分輸出與這些部件相連接，以保證模模型的正確性。最后考慮系統(tǒng)的輸出，溫度、集熱量、儲(chǔ)熱量以及控制信號(hào)等的輸出可以利用在線輸出儀，需要輸出哪一項(xiàng)就可以把哪一項(xiàng)與輸出儀進(jìn)行連接。（1）Type109 天氣數(shù)據(jù)讀取器Type109 天氣數(shù)據(jù)讀取器用于讀取天氣數(shù)據(jù)，而且讀入的天氣數(shù)據(jù)需要整理成TM2格式。設(shè)置的輸入?yún)?shù)有表面傾角和表面方位角，分別為25176。和21176。（2）Type71全玻璃真空管集熱器Type71可以對(duì)各種各樣的真空管集熱器的熱性能進(jìn)行模擬，而在模擬時(shí)需要了解真實(shí)的瞬時(shí)效率曲線，進(jìn)而更加正確地模擬集熱陣列的熱性能。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T(mén)RNSYS16模擬系統(tǒng)的初始值。實(shí)際系統(tǒng)中集熱面積為280m2，而集熱效率曲線為 （是歸一化溫度，G是計(jì)算期間的平均輻照度）。因此在實(shí)際輸入?yún)?shù)時(shí)，為了是模擬情況與實(shí)際情況相近，，而測(cè)試條件下的流量取35kg/，太陽(yáng)能集熱器的傾斜角和方位角分別為25176。以及21176。（3）Type531蓄熱水箱模型是對(duì)蓄熱水箱的斷流面進(jìn)行研究，把水箱劃分為不同等溫的節(jié)點(diǎn)。在模擬過(guò)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)。實(shí)際系統(tǒng)中的水箱分為5個(gè)節(jié)點(diǎn)，并分為兩組進(jìn)出口，這兩組進(jìn)出口包括集熱進(jìn)出口和儲(chǔ)熱進(jìn)出口。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。（4）Type557垂直地源熱交換器該部件用于模擬地埋管熱交換器與土壤換熱的情形，管中的流體經(jīng)過(guò)對(duì)流換熱與管壁進(jìn)行對(duì)流換熱，而管壁與儲(chǔ)熱體進(jìn)行導(dǎo)熱傳熱。在TRNSYS16模擬程序中有許多參數(shù)需要設(shè)定。儲(chǔ)熱體積、頂部井深，井?dāng)?shù)，串聯(lián)井?dāng)?shù)，U型管的內(nèi)外徑等這些可根據(jù)太陽(yáng)能輔助地源熱泵系統(tǒng)參數(shù)獲得。土壤的初始溫度為供熱季結(jié)束后的土壤初始溫度即為19℃，而土壤的物性參數(shù)是通過(guò)分析，并為了使模型接近實(shí)際情況，將土壤層分為五層，每層設(shè)置不同的導(dǎo)熱系數(shù)。， W/， W/， W/， W/。（5）Type114單速水泵此部件模擬的是單速水泵，在此模塊中沒(méi)有考慮水流壓力和它的啟停特征。輸入?yún)?shù)有泵的額定功率和額定流量。但實(shí)際在模擬系統(tǒng)中功率和流量可通過(guò)實(shí)際測(cè)試得到數(shù)值作為初始值輸入。（6）Type31導(dǎo)管此部件用于系統(tǒng)模擬過(guò)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)。在這個(gè)模擬系統(tǒng)中，管的初始設(shè)定長(zhǎng)度為150m。（7）Type2溫差控制器該模擬部件可以對(duì)運(yùn)行策略中的溫差進(jìn)行控制，并通過(guò)上死區(qū)溫度和下死區(qū)溫度的設(shè)定值與高輸入端溫度和低輸入端溫度之差的數(shù)值進(jìn)行比較，進(jìn)而輸出控制信號(hào)，進(jìn)一步來(lái)控制集熱循環(huán)和儲(chǔ)熱循環(huán)過(guò)程的啟停。而在控制策略中的集熱啟停溫差控制是太陽(yáng)能集熱器出口水溫和水箱集熱出口溫度之差與死區(qū)溫度值進(jìn)行對(duì)比進(jìn)行控制，上死區(qū)溫度和下死區(qū)溫度的初始設(shè)定值為10℃和3℃，并且可通過(guò)改變上下死去的溫度值來(lái)改變集熱循環(huán)的運(yùn)行策略。儲(chǔ)熱循環(huán)中的水箱啟動(dòng)溫度也是有溫差控制器來(lái)控制的，上死區(qū)的溫度控制值初始設(shè)定為50℃，若不用水箱的溫度值來(lái)控制儲(chǔ)熱循環(huán)的停止，可把控制器的下死區(qū)溫度值初始設(shè)定值較低，比水箱最低溫度值小。（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(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間。太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱非供熱季系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)間為2014年3月25日，計(jì)算得到時(shí)間為1992時(shí)，作為設(shè)定的初始值。而非供熱季的結(jié)束時(shí)間為2014年10月31日。結(jié)束只設(shè)定為7296時(shí)。（9）Type65在線輸出儀在線輸出儀用于很多信號(hào)的輸出，例如溫度、熱量和控制信號(hào)等許多隨時(shí)間變化值的曲線輸出。在在線輸出儀中，有左右軸個(gè)數(shù)的設(shè)置以及數(shù)值變化范圍的設(shè)定以及各個(gè)數(shù)值名稱的設(shè)定，而這些參數(shù)的設(shè)定是根據(jù)實(shí)際需要輸出的曲線來(lái)決定。（10）Equa方程方程用于邏輯關(guān)系及計(jì)算關(guān)系的輸入輸出和編譯。模型建立好以后，需要驗(yàn)證TRNSYS16模型是否與接近節(jié)能樓的太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)。由于每一天的天氣數(shù)據(jù)是不同的，不可能把每一天的天氣數(shù)據(jù)輸入到模型中進(jìn)行驗(yàn)證，因此，選擇需要選擇典型天。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。選擇典型天一般是選擇比較晴朗的天氣。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。例如，選擇了2014年4月29日作為典型天氣，它的溫度和輻射量隨時(shí)間變化的曲線如