空气源热泵蓄热供暖运行策略优化研究.pdf
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1、电力行业节能30节能 ENERGY CONSERVATIONNO.08 2023空气源热泵蓄热供暖运行策略优化研究乔春珍1 胡宇晨1 朱成凤1 郝金鑫1 万逵芳2(1.北方工业大学土木工程学院,北京 100144;2.中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院,北京 100040)摘要:空气源热泵供暖作为一种清洁供暖方式,近几年在煤改电的进程中得到快速发展。文中利用Trnsys软件搭建北京某办公建筑蓄热暖系统模型,对该系统进行优化配置研究。结果显示:最优配置方案每年可比常规方案节省电量约2.3%,费用年值减少约11.6%;优化配置与运行策略后的方案可比常规方案节省电量约10.9%,
2、费用年值减少约14.2%。关键词:煤改电;空气源热泵;优化配置;供暖系统中图分类号:TU201.5 文献标识码:A 文章编号:1004-7948(2023)08-0030-03 doi:10.3969/j.issn.1004-7948.2023.08.008Optimization study on the operation strategy of air source heat pump thermal storage heatingQIAO Chun-zhen HU Yu-chen ZHU Cheng-feng HAO Jin-xin WAN Kui-fangAbstract:As a
3、clean heating method,air source heat pump heating has been rapidly developed in the process of coal to electricity in recent years.The paper uses Trnsys software to build a model of thermal storage heating system for an office building in Beijing,and conducts a study on the optimal configuration of
4、the system.The results show that the optimal configuration can save electricity by about 2.3%per year and reduce the annual cost by about 11.57%compared with the conventional one.The optimized configuration and operation strategy can save electricity by about 10.9%and reduce the annual cost by about
5、 14.2%compared with the conventional one.Key words:coal to electricity;air source heat pump;optimal configuration;heating system引言21世纪初期的供暖煤改电项目多直接利用电热设备,此方式虽然可以实现清洁供暖,但其发电源头的燃煤消耗量巨大,一次能源利用率较低,并不节能;使用电力设备所消耗的电量急剧增加,导致供热成本巨大1。为了解决以上问题,国家能源局发布通知,提倡各类企业积极实施电供暖,研究探索新能源、清洁能源发电,逐步扩大蓄热式、热泵式供暖比例。许多学者在供暖系统优化
6、以及运行策略优化方面进行了很多尝试。Stamatellos2等以希腊Volos地区某住宅建筑为对象,对空气源热泵系统和屋顶光伏装置的全年性能进行研究。文中基于电价和政策补贴,建立了光伏电池板安装面积和倾角优化的目标函数,提出了优化系统设计参数的运行策略。Posp il3等研究通过预测控制算法提高季节性能系数的方法。通过预测未来48 h室外空气温度,控制热泵启停;并且针对不同的系统运行参数和蓄热装置容量,开发并测试预测控制算法。Wei4等提出一种基于空气源热泵系统的超低温分段运行控制策略,并在试验台进行应用。结果表明,该系统与集中供热和电锅炉相比,一次能源效率分别提高 18.67%和140.54
7、%;CO2排放分别降低15.41%和58.27%。为了减少弃风电量的消耗,宫铭远5利用遗传算法得到电采暖蓄热系统优化运行策略。结果表明,该策略可以节约16%的运行费用。祝彩霞6以经济性作为目标函数,利用遗传算法进行最优解求解,提出太阳能空气源热泵供暖系统控制策略。赵芝蓉7以集热器面积、热泵功率和蓄热水箱容积为影响因素,采用正交试验法,得到某小型工厂空气源热泵辅助太阳能供暖系统的优化方案和系统优化运行策略。在此基础上,文中借助仿真模拟软件Trnsys对空气源热泵蓄热供暖系统进行研究。1理论基础1.1建筑热负荷模拟以北京某高校综合办公楼为研究对象,该办公楼为南北朝向,长度67.89 m,宽度35.
8、5 m,高度54 m,总建筑面积为35 964 m2,体形系数为0.3,综合窗墙比为0.4,作者简介:乔春珍(1977),女,博士,副教授,研究方向为清洁能源利用与环境。基金项目:北京市教育委员会科学研究计划(项目编号:KM201910009004)收稿日期:2022-11-21引用本文:乔春珍,胡宇晨,朱成凤,等.空气源热泵蓄热供暖运行策略优化研究 J.节能,2023,42(8):30-32.电力行业节能31NO.08 2023节能 ENERGY CONSERVATION供暖季每天8:0020:00供暖。利用Trnsys模拟软件搭建建筑模型,设置相关参数后进行逐时负荷模拟,仿真模拟时间为11
9、月15日至次年3月15日,仿真步长为1 h,共2 880 h。供暖季建筑逐时热负荷以及典型日(1月13日)逐时热负荷如图1和图2所示。由图1和图2可知,供暖季最大负荷为2 275 kW,最冷日非谷电时段总负荷为23 533 kW。1.2设备选型Qa=QK1K2(1)式中:Qa机组制热量,kW;Q建筑热负荷,kW;K1热泵机组融霜修正系数,一般取 0.80.9;K2室外干球温度修正系数。根据式(1),文中选定热泵机组的融霜修正系数为0.9,根据室外平均干球温度-1.6,选定室外干球温度修正系数为0.79,模拟得出最大热负荷为2 275 kW,计算可得热泵机组设计工况下的制热量为3 200 kW。
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