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间歇运行模式下建筑供暖系统耦合热过程及热响应特性研究

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间歇运行模式下建筑供暖系统耦合热过程及热响应特性研究

作者：陈卓华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

“双碳”目标背景下,如何减少供暖能耗,提高建筑供暖系统运行效率是值得重视的问题。建筑供暖系统热响应过程仿真模拟研究,对于优化系统调控策略、挖掘其节能潜力具有重要意义。供暖系统与建筑物密切相关,如何处理好建筑与供暖系统的耦... 详细信息

“双碳”目标背景下,如何减少供暖能耗,提高建筑供暖系统运行效率是值得重视的问题。建筑供暖系统热响应过程仿真模拟研究,对于优化系统调控策略、挖掘其节能潜力具有重要意义。供暖系统与建筑物密切相关,如何处理好建筑与供暖系统的耦合关系是进行系统动态热过程分析的重点与难点。但目前相关领域的研究多侧重于建筑本体或是供暖系统的热特性,欠缺对两者耦合作用过程的深入分析,也很少考虑源端运行效率受供暖系统运行方式等因素的影响。为了解决上述问题,本文从建筑与供暖系统耦合热过程机理出发,首先构建了建筑热过程、典型供暖末端(风机盘管、散热器、辐射地板)、空气源热泵等子模型,考虑各子模型在空间及物理关系上的关联性构建建筑供暖系统模型。其次,采用状态空间法对系统模型进行耦合求解,推导得出供热量对室温的影响系数与辐射热比例的关联式,并通过实测数据验证了系统模型的可靠性。最后,以北京某办公建筑为例开展了模拟仿真研究,系统分析了供暖末端形式、围护结构热惰性、运行模式(连续、间歇)等因素对建筑热响应特性与能耗的影响。经上述研究工作得出的主要结论如下:(1)末端辐射热比例对供暖系统热响应特性影响显著,辐射热比例越大,室温响应速率越慢,当前时刻供热量对室温的影响系数越小。在春假结束重启供暖情景下,当辐射热比例为0时,室温响应速率为0.97℃/10min;当辐射热比例为0.6时,室温响应速率为0.44℃/10min;(2)重型围护结构下室温的热响应更慢,其重启供暖后室温升至热舒适区间的响应时间为3.50h,明显大于轻型围护结构下的1.33h。在初寒期散热器供暖情景下,随着外墙单位体积热容从800kJ/(m3·K)增加至1 800kJ/(m3·K),按作息间歇运行的节能率从3.2%降低到1.5%;(3)不同供暖末端中风机盘管更适宜间歇供暖,其供暖期首月能耗较连续供暖节能127.4 kW·h;辐射地板更适宜连续供暖,其供暖期首月能耗较间歇供暖节能46.7 kW·h。室外环境越寒冷,供暖系统能耗越高,间歇供暖的节能优势越明显。以散热器末端为例,初寒期典型周的间歇供暖能耗高于连续供暖,中寒期间歇供暖的节能率为11.62%,高寒期间歇供暖的节能率为12.48%。

关键词：模拟仿真建筑节能间歇运行响应特性热惰性指标

间歇运行模式下空调器房间室内环境及节能分析

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武汉理工大学学报 2020年第10期42卷 67-71,106页

作者：洪学新武汉理工大设计研究院有限公司武汉430070

针对分散的空调器提出一种优化的间歇运行模式来实现既节能又舒适的目标。首先,通过瞬态CFD模拟分析空调器在间歇运行模式下室内温度的变化规律,并利用回归分析得到温度函数。基于温度变化曲线,提出空调器优化的间歇运行模式为18min开启... 详细信息

针对分散的空调器提出一种优化的间歇运行模式来实现既节能又舒适的目标。首先,通过瞬态CFD模拟分析空调器在间歇运行模式下室内温度的变化规律,并利用回归分析得到温度函数。基于温度变化曲线,提出空调器优化的间歇运行模式为18min开启与8min的关停的循环模型。该运行模式下的空调器能耗比厂商设定的间歇模式下的能耗减少了11%。

关键词：间歇运行瞬态CFD数值模拟热舒适建筑节能

地埋管地源热泵间歇运行岩土体温度恢复特性研究

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太阳能学报 2017年第5期38卷 1268-1274页

作者：李钰楠杜震宇肖璠太原理工大学环境科学与工程学院太原030024 武汉炼化工程设计有限公司武汉430000

通过对寒冷地区的地埋管地源热泵系统间歇供冷工况试验,获得地埋管周围岩土体温度场的分布数据,研究地埋管地源热泵系统自然间歇运行及在人为控制的不同开停比下岩土体的温度变化规律及恢复情况。试验结果表明:岩土体的温度恢复能力随... 详细信息

通过对寒冷地区的地埋管地源热泵系统间歇供冷工况试验,获得地埋管周围岩土体温度场的分布数据,研究地埋管地源热泵系统自然间歇运行及在人为控制的不同开停比下岩土体的温度变化规律及恢复情况。试验结果表明:岩土体的温度恢复能力随着间歇运行时间的增加而缓慢地降低,且降幅逐渐趋于平缓;除-40 m深度处的含水层外,岩土体的温度恢复率基本随深度的增加而增大。同时结合建筑的动态负荷特征,建议在满足用户使用要求的前提条件下采用昼夜交替间歇运行模式,岩土体的温度恢复情况较好,为寒冷地区地埋管地源热泵的推广应用提供了一定的理论依据和基础数据。

关键词：地埋管地源热泵间歇运行温度恢复岩土体热平衡

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间歇运行策略对埋管换热器换热特性的影响

兰州理工大学学报 2019年第2期45卷 63-66页

作者：路阳张楠王克振周厚金芮执元王智平兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西北低碳城镇支撑技术协同创新中心甘肃兰州730050 兰州理工大学产业处甘肃兰州730050 兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

搭建土壤水平埋管蓄热实验装置,建立其蓄热体的Fluent模型进行模拟,并通过实验验证了模拟计算结果的准确性.在土壤平均温度与入口水温相差较大的条件下,使用该模型模拟了净蓄热时间为1 h的不同间歇蓄热过程,定量分析了间歇次数和间歇时... 详细信息

搭建土壤水平埋管蓄热实验装置,建立其蓄热体的Fluent模型进行模拟,并通过实验验证了模拟计算结果的准确性.在土壤平均温度与入口水温相差较大的条件下,使用该模型模拟了净蓄热时间为1 h的不同间歇蓄热过程,定量分析了间歇次数和间歇时间占比对埋管平均线热流密度的影响.结果表明:当间歇次数固定时,一定蓄热时间内的平均线热流密度和间歇时间占比近似成线性关系,拟合得出了各间歇次数下二者的线性关系式.线性关系式的斜率与间歇次数近似成对数函数关系,所得关系式可为优化实际工程中埋管换热器的运行参数提供指导.

关键词：埋管换热器间歇运行线热流密度

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间歇运行对U形地埋管换热器换热特性的影响

西南交通大学学报 2010年第3期45卷 393-399页

作者：袁艳平雷波曹晓玲杨从辉西南交通大学机械工程学院四川成都610031

为研究间歇运行对U形地埋管换热器换热特性的影响,以钻孔壁为界,将计算区域分为钻孔内和钻孔外两个部分,分别采用稳态导热解析计算模型和非稳态导热数值计算模型.分析了办公楼、商场和居住建筑3种间歇模式下的换热特性.在各种模式下运行... 详细信息

为研究间歇运行对U形地埋管换热器换热特性的影响,以钻孔壁为界,将计算区域分为钻孔内和钻孔外两个部分,分别采用稳态导热解析计算模型和非稳态导热数值计算模型.分析了办公楼、商场和居住建筑3种间歇模式下的换热特性.在各种模式下运行1个月的计算结果表明,3种间歇运行模式比连续运行模式的换热量分别高45.57%,58.43%和88.05%,其中居住建筑运行模式下的换热量和钻孔壁面平均温度恢复最好.

关键词：地源热泵 U形地埋管换热器间歇运行恢复特性

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地源热泵系统夏季制冷间歇运行特性实验研究

太阳能学报 2018年第2期39卷 453-460页

作者：吕艺青傅允准上海工程技术大学机械工程学院

对实际运行的地源热泵系统夏季制冷间歇运行特性进行实验研究，分析比较不同间歇运行方案下得到的热泵机组性能和地埋管换热性能。研究结果表明：相比于负荷侧流量，地源侧流量对机组性能和地埋管换热性能的影响较大；在流量设定的条件... 详细信息

对实际运行的地源热泵系统夏季制冷间歇运行特性进行实验研究，分析比较不同间歇运行方案下得到的热泵机组性能和地埋管换热性能。研究结果表明：相比于负荷侧流量，地源侧流量对机组性能和地埋管换热性能的影响较大；在流量设定的条件下，采用开机运行2h停机2h运行方案机组的性能最好，机组最大性能系数（COP）值可达到4．17，比运行4h停机2h机组的COP值高出7．5％；在停机2h的情况下，机组开机2、3或4h，地埋管的换热能力均可得到恢复，停机前后埋管的平均换热量基本保持平衡。

关键词：地源热泵间歇运行机组性能换热量实验研究

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混合式地源热泵系统间歇运行研究

太阳能学报 2014年第7期35卷 1138-1143页

作者：陈进徐菱虹胡平放华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074

利用Fluent软件建立混合式地源热泵系统模型,对武汉地区办公建筑的混合式地源热泵系统进行数值模拟,比较连续运行和2种间歇运行工况下的系统能耗,以期找到既减少能耗又有利于土壤温度场恢复的间歇运行工况。

关键词：混合式地源热泵系统间歇运行热积累

户式空气源热泵地板辐射供暖系统分室-间歇运行性能研究

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户式空气源热泵地板辐射供暖系统分室-间歇运行性能研究

作者：武群飞西安建筑科技大学

学位级别：硕士

目前,空气源热泵以其高效、节能和环保的优势得以广泛使用,越来越多集中供暖未覆盖的住宅和入住率低的居民区选择在冬季使用空气源热泵进行供暖。与集中供热不同的是,使用户式空气源热泵供暖系统时,使用者可以自行设定系统的运行参数或... 详细信息

目前,空气源热泵以其高效、节能和环保的优势得以广泛使用,越来越多集中供暖未覆盖的住宅和入住率低的居民区选择在冬季使用空气源热泵进行供暖。与集中供热不同的是,使用户式空气源热泵供暖系统时,使用者可以自行设定系统的运行参数或选择不同的运行控制策略来满足个性化的供暖需求,从而发挥行为节能的优势。旨在研究出能够在满足舒适性的前提下更多的节能降耗和提高经济性的运行策略,本文通过实测和TRNSYS模拟相结合的方法,研究了户式空气源热泵地暖系统在间歇运行与分室运行下的供暖性能,在此基础上对同时考虑了空间和时间变化的分室-间歇运行进行了舒适性、经济性、节能性和环境友好性的分析。首先,以某住宅为对象进行了改变供水温度和供暖房间数量的实验研究,发现行为模式对系统耗电量具有显著影响。当室外平均温度为-1.7℃,次卧和客卧停止供暖后,系统耗电量可降低18.7%。其次,以西安地区为例,采用经过实验验证的TRNSYS空气源热泵地暖系统模型,对系统在间歇运行与分室运行下室温和耗电量的变化规律进行了模拟研究,得出以下结论:(1)结合白天运行与夜晚运行的优势提出分时运行,根据室外气温对分时运行的运行时间进行了研究与改进,提出了适用于整个供暖期的分时运行策略。供暖初期和末期机组运行时间为8:00-13:00和20:00-次日1:00,供暖中期机组运行时间为8:00-16:00和20:00-次日4:00,这种分时运行策略相比连续运行在整个供暖期内可减少25.2%的系统耗电量和23.2%的系统运行费用。(2)研究了不同房间停止供暖对住宅内其他正常供暖房间室温的影响,结果发现,停止供暖的房间室温会降低,但并不会降至与室外气温相当的程度。正常供暖房间室温受到的影响程度与各房间位置关系有关,应避免正常供暖的房间有多个邻室停止供暖。以三口之家和四口之家为例研究了分室运行的供暖性能,发现分室运行可以满足整个供暖期的采暖需求,并在三口之家和四口之家两种情况下相比于全屋供暖分别降低系统19.2%和10%的耗电量,20%和10.6%的运行费用。对系统在分室-间歇运行下的舒适性、经济性、节能性和环境友好性进行了模拟研究,发现正常供暖房间室内环境的预计不满意百分率(PPD)均可以始终保持在25%以下,在一个供暖期内,相比集中供热可节省24.9%的运行费用,相比连续供暖可分别节省34.4%的耗电量和32.9%的运行费用。以改进分室-间歇运行的供热量为基准,计算得空气源热泵作为热源相比于燃煤锅炉,可提高27.1%的能源利用效率,并减少45%的CO排放量。本文研究内容对户式空气源热泵地暖系统的节能运行具有一定的指导意义。

关键词：空气源热泵 TRNSYS模拟间歇运行分室运行能耗

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近零能耗办公建筑间歇运行负荷附加率研究

建筑科学 2019年第10期35卷 66-71,149页

作者：杨灵艳张瑞雪中国建筑科学研究院有限公司

近零能耗办公建筑由于采用高性能的围护结构和部件部品,负荷需求大大低于常规建筑,间歇运行模式对其负荷的影响与常规建筑不同,本文针对4种典型间歇运行模式分气候区对近零能耗办公建筑进行了负荷模拟计算,与连续运行负荷相比较后得出... 详细信息

近零能耗办公建筑由于采用高性能的围护结构和部件部品,负荷需求大大低于常规建筑,间歇运行模式对其负荷的影响与常规建筑不同,本文针对4种典型间歇运行模式分气候区对近零能耗办公建筑进行了负荷模拟计算,与连续运行负荷相比较后得出其负荷的附加率,由计算结果可知,内热对近零能耗间歇运行负荷附加率影响显著,内热对夏季冷负荷增加比例为近零能耗建筑负荷计算及供能和蓄能系统设计提供参考。

关键词：近零能耗办公建筑间歇运行负荷附加率