[01368142]寒冷地区高蓄热型复合土壤源热泵系统性能耦合优化研究与工程示范

本课题为河北省教育厅高等学校科学研究计划项目,项目编号QN2016210。寒冷地区土壤源热泵系统长期运行,土壤冷堆积程度会逐年加剧,将直接影响土壤源热泵机组的运行能效。本课题首先研究寒冷地区土壤源热泵长期运行土壤冷堆积情况及机组性能变化情况;为降低土壤冷堆积程度,保证热泵机组长期稳定高效地运行,选用太阳能作为辅助热源。研究适用于气候条件及日照条件变化下的热源运行模式组合,并从供、需角度出发确定相应运行策略;提出了基于深度学习的热负荷和温度预测控制算法,建立了LSTM热负荷预测模型,根据预测结果确定运行模式的控制策略。研究结果表明,优化后的太阳能-土壤源热泵系统耦合运行,与单一土壤源热泵相比,节电19%,土壤温降速率降低为0.04℃/年,热泵机组平均制热COP提高为4.6,且能长期稳定高效运行。同时,设计开发了以工控机与西门子PLC为核心的自动控制系统,热泵负荷侧设计了PID闭环控制程序实现恒压差控制,热泵输入侧设计了闭环控制程序实现恒温差控制,系统执行优化后的控制策略,按需实现不同运行模式间的智能切换,保证了复合式热泵系统的性能优化效果。本项目研究成果主要适用于气候寒冷且太阳能资源相当丰富地区的办公楼太阳能-土壤源热泵系统。