土壤源热泵系统运行特性与动态仿真研究

土壤源热泵系统因其显著的节能和环保特点，受到越来越多的重视，美国、德国及瑞典等西方国家的土壤源热泵技术应用日趋成熟。而我国尚缺乏有关土壤源热泵动态性能和节能潜力的一些基础研究。鉴于此，本文拟开展土壤源热泵系统的理论和实验研究，以期得到土壤源热泵系统的基本特点和动态运行规律。 结合一建筑物使用特点和天津当地的水文地质条件，建立了由桩埋管和井埋管组合型的埋地换热器土壤源热泵供暖空调实验系统，针对该实验系统自行设计开发一套计算机数据采集和监控系统，以满足不同季节、不同运行工况下土壤源热泵系统各种运行参数实时自动采集的需要。在此基础上，开展土壤源热泵系统冬季和夏季工况的运行特性实验研究，重点对以土壤为热汇的耦合式热泵系统的循环性能、变化规律和特点进行分析和总结。 针对实验系统中水源热泵机组所采用的单螺杆式压缩机，运用热力学方法对单螺杆式压缩机进行理论研究，建立模拟水源热泵机组运行过程的稳态数学模型，并编制制冷剂物性参数计算程序联立求解，以获得水源热泵机组在不同工况下的循环特性，并对典型运行工况下模拟结果与实验结果作验证。 通过分析土壤源热泵系统各个部分的内在耦合关系，结合工程应用特点，采用机理建模方法，建立土壤源热泵系统的物理模型和动态数学模型，并引入模糊智能控制方法，以Matlab/Simulink为平台，编制仿真程序进行系统仿真。区别于常规仿真中，采用运行时间内的外界扰量突然跃变或热泵启动工况下的非稳态仿真方法，本文首次采用外界扰量在运行时间内连续变化的动态仿真模型。同时，选取冬季某天实测室外温度变化扰量作为输入，对系统进行仿真模拟，并将仿真结果与实验值作对比分析，以验证所建动态数学模型的正确性。