次日負荷模擬及其在地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)中的應用研究.pdf

1、準確計算建筑物的供暖或者空調負荷是進行暖通空調系統(tǒng)的合理設計和科學運行管理的基礎。而現(xiàn)有的各種負荷預測和模擬方法一般需大量歷史數(shù)據(jù)對預測模型進行訓練，導致負荷預測精度不夠穩(wěn)定且很難對外部參數(shù)的劇烈變化做出及時響應。
　　各種用于負荷和能耗模擬的軟件雖然已經(jīng)非常成熟并在大量實際工程中得到了應用，但是目前各種模擬軟件使用的氣象參數(shù)庫都是在歷史氣象參數(shù)的基礎上通過統(tǒng)計學方法處理獲得的。在全球氣候變化的形勢下，這樣的氣象參數(shù)庫與實際的天氣

2、情況和氣象參數(shù)的差別越來越大。而氣象科學的發(fā)展使得目前官方發(fā)布次日的氣象預報數(shù)據(jù)的準確程度逐漸提高。為了改進負荷模擬軟件氣象參數(shù)庫，進而減少負荷模擬的誤差，本文提出了基于次日氣象預報數(shù)據(jù)對模擬軟件的氣象參數(shù)庫進行修正，進而提高負荷模擬精度的次日負荷模擬方法（FDLS）。
　　次日負荷模擬方法需要對次日逐時的干球溫度、濕球溫度和太陽輻射強度進行預測。次日逐時干濕球溫度的預測使用了香港學者提出的基于次日溫度預報的修正灰色 GM（1,1

3、）模型。而由于次日逐時太陽輻射強度的預測難度較大，且官方天氣預報并不提供次日太陽輻射強度極值的數(shù)值預報，現(xiàn)有的預測次日逐時太陽輻射強度方面的研究預測精度不夠理想。為提高太陽輻射強度預測精度，本文提出了基于氣象預報數(shù)據(jù)預測次日逐時太陽輻射強度的相似日組法(STSDG)，該方法基于使用長期歷史參數(shù)開發(fā)的 DeST參數(shù)庫、近3年的實測太陽輻射強度數(shù)據(jù)以及次日氣象預報數(shù)據(jù)對相似日組內的次日逐時太陽輻射強度進行預測。相似日組法預測逐時太陽輻射強度

4、的精度接近現(xiàn)有的方法，而在預測太陽輻射強度日累計值方面取得了較高的精度。但相似日組法忽略了空氣污染的影響，僅適用于空氣質量良好的地區(qū)或時間段。針對北方地區(qū)冬季空氣污染嚴重的情況，本文進一步提出了基于AQI（空氣質量指數(shù)）修正系數(shù)的修正相似日組法，該方法在嚴重空氣污染情況下也獲得了較高的預測精度。
　　為了使基于氣象預報的次日負荷模擬方法(FDLS)在實際工程中能發(fā)揮作用，結合工程應用的實際需求，本文進行了該方法的應用研究。應用研究

5、主要在兩個方向進行，分別是冰蓄冷系統(tǒng)和地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)。在結合實際工程項目進行的冰蓄冷系統(tǒng)應用次日負荷模擬方法的實驗研究中，通過將實測的建筑物負荷和使用次日負荷模擬方法獲得的負荷進行對比，證明了次日負荷模擬方法的精度良好，其模擬值可以作為冰蓄冷系統(tǒng)運行策略制定的基礎。
　　為了將次日模擬的方法用于目前我們國家大力推廣的地源熱泵技術，更好的發(fā)揮次日負荷模擬方法的優(yōu)勢，針對現(xiàn)有地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)的缺點，本文提出了基于排風熱回收的

6、地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)（EHR）和排風熱回收+太陽能復合式地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)（ESTC），并給出了低功耗排風熱回收換熱器計算模型。其中，針對配電室排風熱回收+太陽能復合式地埋管熱泵系統(tǒng)(ESTC-GCHP)的特點，基于次日負荷模擬方法的核心內容，進一步提出了 ESTC-GCHP系統(tǒng)的熱補償優(yōu)化運行方法（OTC）。在熱補償優(yōu)化運行方法中，基于次日負荷模擬方法，使用修正灰色 GM（1,1）模型進行配電室次日逐時排風溫度的預測，進而預測次日逐

7、時熱回收量；使用修正相似日組法進行次日逐時太陽輻射強度的預測，進而預測太陽能集熱器次日逐時集熱量。之后根據(jù)排風熱回收和太陽能系統(tǒng)的熱補償量的全天變化情況，選擇高效時段，分別確定這兩套系統(tǒng)的運行時間表，從而提高整套系統(tǒng)的熱補償能效。
　　在地埋管熱補償系統(tǒng)的實驗研究方面，結合工程實例，分別采用廚房排風和配電室排風作為熱源，對基于廚房排風熱補償?shù)牡芈窆軣岜孟到y(tǒng)（EHR-GCHP）和配電室排風熱回收+太陽能復合式地埋管熱泵系統(tǒng)(ESTC

8、-GCHP)進行了運行實驗。實驗結果表明，EHR和 ESTC系統(tǒng)均能有效進行地埋管熱泵地下?lián)Q熱器的熱補償，且相較常規(guī)的熱補償系統(tǒng)熱補償效率高，能耗低。此外，將熱補償優(yōu)化運行方法（OTC）方法用于 ESTC-GCHP系統(tǒng)時,進行次日配電室排風熱回收換熱器和太陽能集熱器的熱補償量預測的精度均較高。并且，相較常規(guī)的運行模式，ESTC-GCHP系統(tǒng)應用優(yōu)化運行方法，可以顯著提高系統(tǒng)熱補償效率、降低熱補償能耗。在優(yōu)化運行方法下 ESTC-GCHP

9、系統(tǒng)的單位能耗熱補償量（TEC）相當于常規(guī)運行時的TEC的1.25倍。
　　論文的創(chuàng)新性工作主要有：
　?。?）基于 DeST模擬軟件，提出了基于氣象預報的次日負荷模擬方法(FDLS)，給出了該方法(FDLS)的應用流程。相較現(xiàn)有負荷預測的方法，該方法不需要大量歷史負荷數(shù)據(jù)訓練模型，且能夠對次日劇烈的氣象參數(shù)變化迅速響應，可以顯著提高蓄熱和蓄冷系統(tǒng)設計和運行管理中需要的日累計負荷的預測或模擬精度。
　?。?）次日負荷模

10、擬方法的核心是使用2種改進的預測模型對次日的氣象參數(shù)進行預測，進而用預測值替代模擬軟件參數(shù)庫中的次日氣象參數(shù)值，所以次日負荷模擬方法對氣象參數(shù)的預測精度的要求較高。為提高太陽輻射強度預測精度，本文提出了基于氣象預報預測次日逐時太陽輻射強度的相似日組法(STSDG)。并且，針對北方地區(qū)冬季空氣污染嚴重的情況，進一步提出了基于 AQI修正系數(shù)的修正相似日組法。并使用基于氣象預報的修正灰色GM（1,1）模型預測次日逐時干濕球溫度。
　　

11、（3）結合工程應用的實際需求，進行了次日負荷模擬方法的應用研究。應用研究主要在兩個方向進行，分別是冰蓄冷系統(tǒng)和地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)。其中，在地埋管熱補償方面，為了更好的發(fā)揮次日負荷模擬方法的優(yōu)勢，針對現(xiàn)有熱補償系統(tǒng)的缺點，本文提出了基于排風熱回收的地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)（EHR）和排風熱回收+太陽能復合式地埋管熱泵熱補償系統(tǒng)（ESTC），并給出了低功耗排風熱回收換熱器計算模型。
　?。?）針對配電室排風熱回收+太陽能復合式地埋管熱泵