贵阳地区校园供热系统动态匹配优化研究

作     者：王汉伟 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱兵;黄俊

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：综合能源系统 动态匹配 TRNSYS 粒子群算法 多参数优化 

摘      要：碳达峰和碳中和的时代背景下,能源革命正在如火如荼的进行。同时,超低能耗、能源互联网等新兴概念的提出,促使校园供热系统不得不改变其在能源领域的现状,节能降耗对供热系统的设计和运行提出了巨大的挑战。而应对这种挑战的方式正在成为新的研究热点,因为其是影响供热系统经济成本、能源效率和诸多因素的关键。传统研究针对供热系统的评价多集中在经济和效率方面,大多数以静态优化为主,而本文则重点关注动态匹配下供热系统的多角度优化。本文在评估贵阳市空气能、太阳能和地热能的资源可利用性,以及分析原供热系统的问题基础上,针对贵阳天气条件下的某校园建筑,利用TRNSYS动态模拟软件建立了原始供热系统和综合能源供热系统。基于空气源热泵功率、电辅热功率、地源热泵功率、集热器面积、水箱容积和分流比六个优化变量的约束,分别应用评价指标:全生命周期成本(LCC)、碳排放(CO-eq)以及季节性能系数(SCOP)分析了小时时间尺度下各变量对系统的影响性分析,并进一步明确了动态匹配优化在校园供热系统设计评价环节的重要意义。最后,利用优化软件Gen Opt中的粒子群算法针对综合能源系统展开匹配优化,得到最优匹配结果下的系统最优配置,并结合Jeplus软件进行了最优配置下各变量的灵敏度分析。全文主要结论如下:(1)贵阳地区供暖季的低温高湿天气对设备的运行会造成极大的影响;空气能、太阳能和地热能在贵阳地区均有一定的可利用性;(2)建筑供暖季逐时最大热负荷为142.7k W,原系统对该建筑的供热存在部分过热和极端天气供热不足的情况;(3)通过对综合能源系统的优化,得到全生命周期成本最少的系统为地源—空气源热泵联合系统,相比原系统降低了16.75%;碳排放最少的系统为多热源联合系统,相比原系统减少了50.8%;相比原系统的SCOP,太阳能—空气源热泵联合系统系统提高了18.43%,地源—空气源热泵系统提高了16.76%,多热源联合系统提高了8.9%;(4)在综合能源系统各评价指标最优配置方案下,引起LCC的相对变化最高的变量为水箱体积,最低的变量为空气源热泵功率;引起CO的相对变化最高的变量为集热器面积,最低的水箱体积;引起SCOP的相对变化最高的变量为电辅热功率,最低的集热器面积。