基于蓄能技术和地源热泵的冷热电联产系统优化与实验研究

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1、⑥矣漆乂蓉ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博±学位论文９ＭｔＫｔＵＬ＾＾＾１＾ｂｉｂ｜ＢＨＢＩＢＳｖ５ｉ３＾＾＾＾ＭＩＫｖｊ％＇＇Ｉ＾ＨＩＳ．＇、ＨＨＩＢ＾Ｂ＾ＥＥＩＢＨＢｙＵＵｆｅｄｔ＾＾＾＾＾＾＾＾；Ｊ＾ｍ＾－动力工程及工程热物理ａＲ级学科；学科专业；＾—：；麵‘：？作者脱ｉ指导教师：陈冠益教授周志华副教授ｉＩ＇ｔ．ｙｍ—天津大学研究生院２０１５年５月■早．＾＇＇．，？Ｊ■；－］Ｉ－基于蓄能技术

2、和地源热泵的冷热电联产系统优化与实验研究SystematicOptimizationandExperimentalStudyofCombinedCooling,HeatingandPowerSystemBasedonThermalEnergyStorageandGroundSourceHeatPump一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：热能工程作者姓名：刘玮指导教师：陈冠益教授周志华副教授天津大学环境科学与工程学院二零一五年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的硏究成果，论文中不包含其他人己经发表，

3、除了文中特别加ｔｕ标注和致谢之处外或撰写过的研巧成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证一书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。＊＾２《学位论文作者签名：§衫签字日期：之年〇月矿Ｌ日１学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检汇＇编ｍ共查阅和借阅索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、。同意学校向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的

4、学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签／签字日期：１２〇惦年〇６月〇日签字日期：度牵公６月３准摘要随着社会进步和人们生活水平的提高，我国对能源的需求急剧增加，能源消费与生产之间的供需矛盾日益加大；另一方面，以煤炭为主的能源结构对环境造成了严重的影响。建筑能耗是全社会总能耗的重要组成部分之一，传统冷热电单独生产方式的能源利用率低，分布式冷热电联产系统不但能实现能量的梯级利用，也减少了能量的长距离输送。因此，冷热电联产系统的能源综合利用率高，同时兼顾削峰填谷、缓解电力供应紧张局面，易于实现能源的季节性平衡，经济环保，有利于我国

5、的能源战略安全。本文以基于地埋管地源热泵技术（GroundSourceHeatPump，GSHP）和蓄能技术（ThermalEnergyStorage，TES）的冷热电联产（CombinedCooling,HeatingandPower，简称为CCHP）系统为研究对象，提出了三种CCHP系统形式，采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，对比分析了蓄能技术对CCHP系统设计和运行特性的影响；对CCHP系统在不同负荷率条件下的逐时运行策略进行了研究，旨在达到降低整个CCHP系统的初投资和运行费用；此外，搭建了CCHP实验系统，对制冷工况和制热工况下的地

6、埋管换热器和地源热泵系统性能进行了实验研究，最后对CCHP系统的技术经济性和环保特性进行了计算分析。本文的研究是与作者的实际工作紧密结合而开展的，论文主要结论如下：（1）提出了三种CCHP系统形式，构建了CCHP系统性能理论模型，研究了蓄能技术及燃气内燃机容量对系统装机容量和运行特性的影响。蓄能技术可以有效地降低系统在额定设计工况下的装机容量、系统初投资和运行费用。以CCHP系统一为例，蓄能技术分别降低了15.27%CCHP系统装机容量（制冷工况下）和37.54%CCHP系统装机容量（制热工况下），每年可以减少运行费用约为6.48万元，具有较好的技术经济

7、效益。（2）燃气内燃机承担CCHP系统的基础电力负荷，不足部分由公用电网补充，在蓄能工况下的机组电力负荷由公用电网承担，有利于降低燃气内燃机的装机容量及高效运行。（3）由于室外气象参数的瞬态变化，CCHP系统的运行策略需要逐时变化以适应系统负荷的变化，得到在不同负荷条件下的逐时运行策略：在系统负荷超过安装容量时，蓄能罐释放热量或者冷量调节负荷峰值，用以补充其他设备制冷量或制热量的不足。（4）在系统负荷小于安装容量时，由于蓄能罐蓄存的热量或者冷量存在损失，在实际的运行过程中应尽可能及早利用，以降低蓄能罐储存热量或冷量的损I失；在系统负荷较小时，蓄能罐释放的

8、冷量在一段时间内可以完全承担系统的冷负荷需求。（5）各组地埋管换热器由于敷设位置