一种基于TRNSYS变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法

本发明涉及一种太阳能地源热泵系统建模仿真，具体地说，涉及的是一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法。

背景技术：

1、单纯利用太阳能进行供暖无法满足用户供暖需求，特别是在阴雨天和夜晚，太阳能的供热效率低下。地热能的加入克服了由于太阳能的不稳定性和间接性所带来的影响,太阳能结合地热能可以有效解决地源热泵在长时间运行下地下土壤冷热不均匀的问题。太阳能地源热泵系统仿真模拟，能够方便地进行不同工况下整个系统的运行研究，与实际系统的实验研究相比较，具有很大优势。trnsys模拟仿真软件由多个仿真模块组成，每个模块部件代表实际不同设备，将各个模块进行参数设定并建立各个模块的数据传输连接，根据实际项目运行原理图及参数输入相对应模块就可以建立起整个仿真系统，模拟实际运行效果从而进行仿真分析。现有文献中检索发现，王建华等人在《洁净与空调技术》中发表文章“寒冷地区太阳能与地源热泵复合系统的应用分析”，利用trnsys软件分析了系统不同运行工况，通过模拟结果证实了该系统的可行性及太阳能与地源热泵的结合在夏季和过渡季对地下进行补热可以有效解决土壤热失衡的问题；冯国会等人在《暖通空调》中发表文章“严寒地区太阳能跨季节蓄热-地源热泵耦合系统性能研究”，文中用trnsys软件通过分析比较太阳能地源热泵耦合系统与太阳能跨季节蓄热-地源热泵耦合系统得出在跨季节蓄热模式下系统性能cop更优。上述文章都利用了trnsys模拟仿真软件对太阳能地源热泵系统进行了仿真分析，但现有文献仿真研究多数采用定流量分析研究缺乏对跨季节太阳能地源热泵系统在负荷侧与地源侧同时变流量下的仿真研究。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，利用trnsys软件对太阳能地源热泵系统进行逐时模拟仿真，根据用户末端不同负荷需求提供不同的系统运行控制策略，为系统的设计和优化提供依据。

2、本发明解决该技术问题所采用的技术方案包括一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，包括：太阳能集热器部分、热泵机组部分、蓄热水箱部分、负荷侧部分、地源侧部分、循环水泵部分、控制器部分、结果输出部分；其中：

3、所述气象参数部分用于设定所研究区域气象参数；

4、所述太阳能集热器部分用于设定太阳能集热器面积大小；

5、所述热泵机组部分用于设定热泵机组额定制冷、制热量、机组蒸发器和冷凝器流量；

6、所述蓄热水箱部分用于设定水箱体积；

7、所述负荷侧部分用于设定负荷文件；

8、所述地源侧部分用于设定地埋管数量和钻孔深度；

9、所述循环水泵部分用于设定水泵流量、流体比热和流体密度；

10、所述控制器部分用于设定温差控制、恒温控制、供暖模式切换控制；

11、所述结果输出部分用于输出全年太阳逐时水平辐射强度、全年水泵运行能耗与热泵机组运行能耗累加值。

12、一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，包含如下步骤：

13、步骤s1，建立气象参数模块并导入所研究区域tm2格式的气象参数文件；

14、步骤s2，建立太阳能集热器模块，太阳能集热器面积由目标建筑实际冷热负荷、太阳能保证率、集热效率、当地每日平均太阳辐射量、水箱和管道热损失率确定，其中太阳能集热器拦截效率、负的一阶、二阶效率由产品参数确定；

15、步骤s3，建立蓄热水箱模块，蓄热水箱体积根据太阳能集热器面积按比例进行设定；

16、步骤s4，建立负荷侧模块，负荷侧模块与外部负荷文件相连，用于加载外部负荷文件，对文件中的负荷数据进行读取；

17、步骤s5，建立地埋管换热器模块，钻孔数由地埋管长度和钻孔深度确定；土壤热物性参数由热响应实验确定；

18、步骤s6，建立循环水泵模块，水泵流量由建筑负荷确定，功率、转速、及设备型号由设备本身参数确定；

19、步骤s7，建立控制器模块，控制器模块对整个系统运行进行控制，控制器包含恒温控制器、温差控制器、阀门启停及水泵启停控制器，通过各控制策略实现系统在供暖季或非供暖季下不同供暖模式的切换运行，其中变频水泵的控制方法采用温差控制法；系统运行模式包含太阳能直供模式、地源热泵单独供暖模式、太阳能联合地源热泵供暖模式及非采暖季向地下土壤补热模式四种运行模式；

20、步骤s8，建立输出模块，输出图像数据；

21、上述一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，所用部件是本技术领域的技术人员所熟知的，均通过公知的途径获得。所述部件的连接方法是本技术领域的技术人员所能掌握的。

22、与现有技术相比，本发明一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法的有益效果是：

23、(1)本发明利用trnsys模拟仿真软件设计了对太阳能地源热泵系统，尤其是对其变水流量控制运行的模拟仿真方法，仿真结果与太阳能地源热泵系统的实际运行情况吻合良好，误差较小，充分展示了整个系统运行情况。系统地源侧与负荷侧经变水流量控制后，系统性能系数较原定水流量系统运行性能更优。

24、(2)本发明为太阳能地源热泵系统的设计、优化和评估提供了有力依据。

技术特征：

1.一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法包括：气象参数部分、太阳能集热器部分、热泵机组部分、蓄热水箱部分、负荷侧部分、地源侧部分、循环水泵部分、控制器部分及结果输出部分，其特征在于：基于trnsys模拟仿真平台设计。

2.根据权利要求1所述的一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，其特征在于：包含以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，其特征在于：所述步骤s2太阳能集热器面积确定的表达式为：

5.根据权利要求1所述的一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，其特征在于：所述的合流器有4个。

6.根据权利要求1所述的一种基于trnsys变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，其特征在于：所述的分流器有4个。

技术总结
本发明一种基于TRNSYS变流量下太阳能地源热泵系统模型及建模方法，该模型包括气象参数、太阳能集热器、热泵机组、蓄热水箱、负荷侧、地埋管换热器、循环水泵、控制器和结果输出；太阳能集热器由太阳能集热器面积确定；热泵机组由额定制冷量及额定制热量确定；蓄热水箱由水箱体积确定；负荷侧由负荷文件确定；地源侧部分由钻孔数和钻孔深度确定；循环水泵由水泵流量确定；控制器由输入的控制公式确定；结果输出由指定输出对象确定；本发明利用TRNSYS软件设计了变流量下太阳能地源热泵系统模型，模型的模拟结果与系统的实际运行情况吻合良好，充分展示了系统运行的具体情况，为太阳能地源热泵系统的设计、优化以及评估提供了依据。

技术研发人员：贾玉贵,庞雪峰,张亚杰,王硕,申斌,王嘉淳,秦景,马宏
受保护的技术使用者：河北建筑工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15