【摘 要】
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随着社会的快速发展,化石能源消耗急剧增长,给能源可持续发展和“双碳”目标带来巨大压力,因此世界各国鼓励发展光伏、土壤源热泵等可再生能源技术,其中备受关注的是光伏光热（PV/T）系统,该系统既能冷却光伏板提高光伏发电效率,也能得到大量热能,但目前的PV/T热能并没有得到充分利用。土壤源热泵系统（GSHP）是一种清洁供能系统,但在热负荷占优地区使用时,热泵从土壤的取热量大于放热量,使土壤平均温度逐年降
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随着社会的快速发展,化石能源消耗急剧增长,给能源可持续发展和“双碳”目标带来巨大压力,因此世界各国鼓励发展光伏、土壤源热泵等可再生能源技术,其中备受关注的是光伏光热（PV/T）系统,该系统既能冷却光伏板提高光伏发电效率,也能得到大量热能,但目前的PV/T热能并没有得到充分利用。土壤源热泵系统（GSHP）是一种清洁供能系统,但在热负荷占优地区使用时,热泵从土壤的取热量大于放热量,使土壤平均温度逐年降低,长年运行易造成地埋管进口温度不满足设计要求,甚至冻结土壤导致热泵机组停机。为解决上述问题,本文将PV/T和地源热泵系统进行耦合（PV/T-GSHP）,回收PV/T热量用于弥补土壤蓄热的不足,实现两者的性能互补。目前PV/T-GSHP的研究尚处于起步阶段,现有的研究主要集中在PV/T-GSHP系统的连接方式、数学建模、控制策略和评价指标上,但系统的匹配特性和系统优化的研究不足。因此,本文对这些问题开展模拟研究。首先,选取吉林市某办公建筑为研究对象,进行3D建模,在典型气候年气象参数下利用TRNSYS软件搭建负荷动态仿真模型,并对该办公建筑进行全年冷热负荷的逐时预测,得到冷热负荷瞬时值和累计值。然后估算地埋管的数量和长度,利用TRNSYS软件建立地埋管地源热泵系统仿真模型,模拟结果发现,估算的结果不能满足地埋管进口温度和土壤热平衡的设计要求。然后利用优化算法以生命周期成本最小为目标,计算出传统地埋管地源热泵最佳设计方案。其次,设计PV/T-GSHP三联供系统的运行模式和控制策略,利用TRNSYS软件搭建PV/T-GSHP三联供系统模型,以PV/T单位面积最大辐照量计算得到PV/T最佳安装倾角。用遗传算法以生命周期成本最小为目标进行优化计算,得到不同PV/T面积所对应地埋管长度的匹配方案,用评价指标分析优化得到的匹配方案对系统部件和系统整体性能的影响,得出最佳的匹配方案。与传统地埋管地源热泵相比,优化后的PV/T-GSHP系统地埋管总长度缩减48.3%,埋管间距减少33%,地源热泵机组用电量减少2.5%,地源热泵供暖COP提高10%,生命周期成本减少72.3%,经济性显著提高。最后,基于最佳匹配方案对系统进行全年仿真模拟,验证主要设备的运行特性,并统计全年的运行能耗。然后选定冬季和夏季的典型工况日,验证系统的瞬时运行特性。与传统燃煤供能系统相比,分析了PV/T-GSHP系统的节能和环保特性。本文研究PV/T-GSHP冷热电三联供系统可为工程应用提供支持。
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