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地铁源热泵系统全热过程协同特性研究
| 论文题名： | 地铁源热泵系统全热过程协同特性研究 |
| 关键词： | 地铁源热泵;毛细管换热器;全热过程;协同特性 |
| 摘要： | 近年来，城市地铁建设与运营规模飞速增长。其在缓解城市交通拥堵问题的同时，面临着高能耗及热环境日益恶化的问题。基于隧道衬砌内毛细管前端换热器的地铁源热泵系统是解决这一问题的有效方法。目前，该系统的设计及运行方法照搬传统空调系统，使其在工程应用中出现“大马拉小车”的问题，增加了系统的投资和运行成本。地铁源热泵系统各主体阻容特性的差异造成了其子系统能量流动态响应的异步性，揭示系统热过程的协同特性对于该系统设计和节能运行具有重要意义。 本文以地铁源热泵系统为研究对象，对其全热过程协同特性进行了研究。建立了前端换热器、热泵以及末端建筑各子系统状态空间动态阻容模型，并通过现场测试验证了模型的准确性;采用正交试验法确定了影响系统全热过程性能的关键性因素，分析了关键因素与系统阻容特性的耦合关系规律;探究了系统热过程能量流在多频响应下的协同特性。在本文参数设置下，主要结论如下: (1)日均系统COP受衬砌比热容、衬砌导热系数、埋管深度显著影响;年均系统COP受围岩比热容、围岩导热系数显著影响。表明，地铁源热泵系统的阻容参数是影响系统运行性能的关键因素。 (2)系统源侧阻容参数变化对系统热流响应规律为:当衬砌导热系数为1.5W/(m·K)-3.5W/(m·K)时，系统源侧热流均值增加了24.74％,热流响应时间延迟了1.32h,幅值衰减系数增加了114.55％;衬砌比热容为1.5MJ/(m3·K)-3.5MJ/(m3·K)时，热流均值不变，系统源侧热流响应时间延迟了1.4h,幅值衰减系数下降了48.06％;换热器埋深取值为0.1m-0.4m时，系统源侧热流响应时间延迟了6.72h,幅值衰减系数下降了96.74％。由此可知:系统热流延迟时间随衬砌比热容和埋管深度的增加而增加，随衬砌导热系数的增加而减小;热流的幅值衰减系数随衬砌比热容和埋管深度的增加而减小，随衬砌导热系数的增加而增大。 (3)隧道内热源、室外温度以及系统运停模式均会影响系统源侧和负荷侧热流的协同。由于系统主体自身的阻容特性，外界环境中温度波和热流波的高频部分类似于系统协同中的快弛豫变量，低频部分则类似于慢弛豫变量。在系统热流协同特性影响因素中，高频热扰量影响较小，可消去，低频热扰量为主要影响因素。 本文探究了地铁源热泵系统各主体阻容特性的差异所造成的系统热过程能量流变化的异步性，为降低地铁源热泵系统的初投资，提高运行效率提供了理论基础。 |
| 作者： | 王文强 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 季永明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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