中学类建筑空气源热泵供暖运行策略优化研究

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近年来,随着我国北方地区煤改电政策的大力推广,空气源热泵以其安装方便、管理简单、安全可靠等优点被广泛使用。但是由于空气源热泵供暖在我国北方地区大规模发展时间尚短,受资金、工期、实际状况等原因所限,绝大多数用户只是简单的进行了热源替代,对于热源替代后供暖末端选择、系统调控策略以及热舒适等方面缺少足够的技术支撑和研究。目前针对空气源热泵系统的应用和运行策略优化研究主要集中在农村住宅,对于公共建筑的系统优化则缺乏关注。基于此,本文选择了负荷特点鲜明的学校类建筑为研究对象,对学生的热舒适性及热泵供暖系统运行策略展开研究。首先,选取天津市北辰区某中学为实例,针对热舒适性问题对150余名学生进行了问卷调查,并同步进行了环境参数测试,经计算分析得到了中学类建筑人体热期望温度为17.1℃,在其他因素相同的条件下,男生的热期望温度约比女生低1℃。其次,对该空气源热泵系统整个供暖季的各项运行参数进行了监测,分析了系统在供暖季不同阶段的室内热环境及供回水温度变化的相关性。分析发现天气晴阴状况、人员数量及活动状态对室内温度均有较大影响;供暖期不同时段的运行方式对热舒适性及能耗影响较大,现在采取简单的时段变水温控制模式,热舒适性低,能耗高,因此本文后续将对其进行优化研究,利用模拟软件提出了一种精细型分时段变水温控制模式,提高学生热舒适度且同时降低全季节耗电量。最后,以该中学的空气源热泵供暖系统为算例,利用EnergyPlus能耗模拟软件分工作日和节假日对其进行了模拟。对工作日来说工况有三种,分别为夜间间歇供暖模式、日间工作时段变回水温度控制模式及低温运行防冻模式。节假日则只有低温运行防冻模式。其中工作日夜间供暖模式结果表明:兼顾第2天日间的热舒适性和节能性,根据夜间系统水温与运行时间对室温动态特性的耦合影响,发现采用较低水温较早开启比较高水温较晚开启更加节能。另外,利用模拟得到的回水温度设定值及机组开启时刻与室外温度的关系曲线,对供暖季不同供暖阶段典型日进行了白天工作时段回水温度随室外温度变化的调节工况模拟,结果表明初寒期、严寒期及末寒期典型日能够在满足室内热舒适度要求的同时分别减少耗电量10.7%、17.5%及4.1%。对于寒假来说,在满足室内最低温度要求基础上,低温运行模式采取降低回水温度的方式,节能率达到16.1%。
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