直膨式太陽(yáng)能/空氣源熱泵在獨(dú)立建筑采暖中的應(yīng)用研究

李雪峰 李思琦 馬坤茹

摘 要： 為了提高空氣源熱泵采暖系統(tǒng)的熱效率，開發(fā)了可同時(shí)吸收太陽(yáng)輻射和空氣中熱量的直膨式太陽(yáng)能/空氣源熱泵（DX-SASIHP）機(jī)組采暖系統(tǒng)。利用Matlab軟件以多元非線性回歸方法建立了DX-SASIHP機(jī)組的半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，并利用TRNSYS 17軟件二次開發(fā)功能建立新模塊（TYPE 200），在新模塊的基礎(chǔ)上建立DX-SASIHP機(jī)組和空氣源熱泵（ASHP）機(jī)組采暖系統(tǒng)的地板輻射仿真模型。對(duì)DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組在典型采暖季中的制熱量、耗電功率、COP值和建筑熱舒適性指標(biāo)等進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明： DX-SASIHP機(jī)組采暖季月平均制熱量相比ASHP機(jī)組增長(zhǎng)17.15%;采暖季累計(jì)耗電量相比ASHP機(jī)組下降12.89%;月平均COP值相比ASHP機(jī)組增長(zhǎng)21.38%。DX-SASIHP機(jī)組運(yùn)行期間可以營(yíng)造熱舒適Ⅰ級(jí)的建筑環(huán)境，室內(nèi)溫度、PMV和PPD等建筑熱舒適指標(biāo)均優(yōu)于ASHP機(jī)組。研究成果拓展了TRNSYS 17軟件的應(yīng)用范圍，驗(yàn)證了DX-SASIHP機(jī)組在獨(dú)立建筑中的實(shí)際運(yùn)行性能和采暖熱舒適性效果，可為今后在農(nóng)村清潔能源采暖中推廣DX-SASIHP機(jī)組提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 供熱與供燃?xì)夤こ?DX-SASIHP;TRNSYS;多元非線性回歸;半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型;性能對(duì)比

中圖分類號(hào)： TU833.3? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? A

doi：? 10.7535/hbgykj.2020yx06006

Research on the application of direct-expansion solar/air

source heat pump in independent building heating

LI Xuefeng? 1，2 ， LI Siqi? 1，2 ， MA Kunru? 1，2

（1.School of Civil Engineering，Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang， Hebei 050018， China;? 2.Hebei? Technology Innovation Center of Phase Change Thermal Management of Internet Data Center， Cangzhou， Hebei 061001，? China ）

Abstract：

In order to improve the thermal efficiency of the heating system with air source heat pump， a heating system of? direct-expansion? solar energy/air source integration heat pump （DX-SASIHP） unit was developed，

which can absorb solar radiation and air heat.

And the semi-empirical mathematical model of DX-SASIHP unit was established by using the multiple nonlinear regression method with Matlab software.The secondary development function of TRNSYS 17 software was used to establish a new module （TYPE 200）， and on the basis of the new module， the floor radiant simulation model of DX-SASIHP unit and air source heat pump （ASHP） unit heating system was set up. The heat production， power consumption， COP value and building thermal comfort indexes of DX-SASIHP unit and ASHP unit in typical heating season were compared and analyzed， and the accuracy of the model was verified by the measured data. The results show that compared with ASHP units， the average monthly heat output of DX-SASIHP unit increases by? 17.15% ， the accumulative power consumption decreases by 12.89% in heating season and the monthly average COP value increases by 21.38%. During the running of DX-SASIHP unit， the building environment of thermal comfort level Ⅰ can be built， and the building thermal comfort index， such as indoor temperature， PMV and PPD are better than that of the ASHP unit. The? research? results expand the application scope of TRNSYS 17 software， verify the actual operation performance and heating comfort effect of DX-SASIHP unit in independent buildings， and provide theoretical basis for the promotion of DX-SASIHP? unit? in rural clean energy heating in the future.

Keywords：

heating and gas supply engineering;DX-SASIHP;TRNSYS;multivariate nonlinear regression;semi-empirical? mathematical model; performances contrast

中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已逐漸步入新常態(tài)，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)升級(jí)，中國(guó)能源需求剛性增長(zhǎng)，節(jié)能減排備受重視? [1-2] 。為了貫徹國(guó)家對(duì)寒冷地區(qū)農(nóng)村建筑采暖的節(jié)能政策，減少傳統(tǒng)的燃煤采暖對(duì)環(huán)境的污染，中國(guó)積極進(jìn)行“煤改電”相關(guān)工程建設(shè)，持續(xù)推進(jìn)北方地區(qū)的清潔采暖? [3] 。熱泵具有清潔采暖的特性? [4] ，近幾年在北方采暖地區(qū)被逐步應(yīng)用。本文提出了一種新型采暖系統(tǒng)——直膨式太陽(yáng)能/空氣源熱泵機(jī)組（direct-expansion solar energy/air source integration heat pump，DX-SASIHP），其機(jī)組的蒸發(fā)器與集熱器合二為一，集熱蒸發(fā)器表面涂有選擇性吸熱涂層，可以同時(shí)吸收太陽(yáng)輻射和空氣中的熱量。為了驗(yàn)證DX-SASIHP機(jī)組的運(yùn)行性能和采暖效果，對(duì)DX-SASIHP機(jī)組采暖系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模。

目前，學(xué)界對(duì)DX-SASIHP機(jī)組的建模方式基本為純理論模型? [5-7] ，也有部分學(xué)者對(duì)DX-SASIHP機(jī)組的采暖性能展開實(shí)驗(yàn)研究? [8-10] 。由于純理論模型需要描述機(jī)組各個(gè)部件之間的復(fù)雜熱力過程，建模難度較大。而且，純理論模型與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行偏差較大，不能真實(shí)反映機(jī)組的具體運(yùn)行情況。DX-SASIHP機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中的狀態(tài)相當(dāng)復(fù)雜，往往很難通過純理論公式進(jìn)行具體的數(shù)學(xué)描述。因此，采用半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型可以較好地反映熱泵機(jī)組的運(yùn)行特性? [11] 。實(shí)驗(yàn)研究具有典型性和局限性，實(shí)驗(yàn)過程受限于時(shí)間和空間，很難將DX-SASIHP機(jī)組與建筑末端的實(shí)際過程相結(jié)合，也無法長(zhǎng)時(shí)間跟蹤機(jī)組的運(yùn)行性能。

本文基于DX-SASIHP機(jī)組的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用多元非線性回歸方法建立了DX-SASIHP機(jī)組的半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，并利用TRNSYS 17軟件建立了DX-SASIHP機(jī)組和空氣源熱泵（air source heat pump，ASHP）機(jī)組采暖系統(tǒng)的地板輻射仿真模型。在整個(gè)采暖期運(yùn)行時(shí)間內(nèi)對(duì)兩者的運(yùn)行性能和采暖效果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了DX-SASIHP機(jī)組在農(nóng)村住宅中的實(shí)際運(yùn)行性能和采暖效果，解決了目前理論和實(shí)驗(yàn)研究中存在的與工程實(shí)際脫節(jié)的問題。

1 DX-SASIHP機(jī)組的工作原理

圖1和圖2分別為DX-SASIHP機(jī)組系統(tǒng)的原理圖和集熱蒸發(fā)器的實(shí)物圖。DX-SASIHP機(jī)組把太陽(yáng)能集熱器和熱泵蒸發(fā)器合二為一，使室外換熱器的結(jié)霜問題得到有效緩解。在白天太陽(yáng)輻射充足時(shí)，DX-SASIHP機(jī)組優(yōu)先吸收太陽(yáng)輻射中的熱量，在夜間和陰雨天可以吸收空氣中的熱量來保證穩(wěn)定采暖。DX-SASIHP機(jī)組主要由太陽(yáng)能/空氣源集熱蒸發(fā)器1、壓縮機(jī)2、水側(cè)換熱器3、電子膨脹閥4和其他輔助閥門組成，實(shí)質(zhì)是將ASHP機(jī)組的空氣側(cè)換熱器更換為太陽(yáng)能/空氣源集熱蒸發(fā)器。

集熱蒸發(fā)器為鋁制材質(zhì)，通過電泳黑化并刷有吸熱漆層，可以同時(shí)吸收太陽(yáng)能輻射熱和自然對(duì)流的空氣能作為低位熱源，使系統(tǒng)整體的制熱效果提高。壓縮機(jī)采用直流變頻補(bǔ)氣增焓壓縮機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)-25～ 29 ℃ 內(nèi)制熱運(yùn)轉(zhuǎn)，有效提高了壓縮機(jī)在嚴(yán)寒情況下的制熱能力，使系統(tǒng)可以更加高效地在寒冷地區(qū)實(shí)施采暖。

2 數(shù)學(xué)模型及模塊開發(fā)

回歸分析是常用的數(shù)據(jù)分析方法，它根據(jù)已得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及以往的經(jīng)驗(yàn)來建立統(tǒng)計(jì)模型，通過研究變量間的相關(guān)關(guān)系，得到變量間的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式（即經(jīng)驗(yàn)公式），并由此對(duì)相應(yīng)的變量進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制等。在很多問題中，和因變量 Y 有關(guān)系的自變量不只一個(gè)，研究一個(gè)因變量和多個(gè)自變量間定量關(guān)系的問題被稱為多元回歸問題。為了解決現(xiàn)實(shí)問題，常會(huì)先建立多元非線性回歸模型，再通過適當(dāng)?shù)淖兞看鷵Q將非線性回歸模型轉(zhuǎn)化為線性回歸模型進(jìn)行求解。

根據(jù)DX-SASIHP機(jī)組運(yùn)行的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)可知? [12] ，DX-SASIHP機(jī)組的實(shí)際制熱量和COP（coefficient of performance）等運(yùn)行指標(biāo)主要與太陽(yáng)輻照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和冷凝器的出水溫度有關(guān)。因此，DX-SASIHP機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和外部參數(shù)之間可視為一種多參數(shù)非線性的函數(shù)關(guān)系。

設(shè)CAP是一個(gè) 未知的隨機(jī)因變量，它受到3個(gè)非隨機(jī)自變量因素S，Th和Tc的影響。 CAP 與S，Th和Tc有如下非線性關(guān)系，可以表示為

CAP =f1（S，Th，Tc），? ? ? ? ? ?（1）

式中： CAP為DX-SASIHP機(jī)組的理論制熱量，kW; S 為DX-SASIHP機(jī)組集熱蒸發(fā)器有效面積上接收的太陽(yáng)輻射量，kW; Th 為環(huán)境干球溫度，℃; Tc 為DX-SASIHP機(jī)組冷凝器的出水溫度，℃。

參考與熱泵機(jī)組相關(guān)的非線性回歸模型? [13-14] ，DX-SASIHP機(jī)組的理論制熱量CAP可由式（2） 表示：

（2）

式中： a1，a2，a3，…，a 10 是固定的未知參數(shù)，稱為回歸系數(shù); CAP為被解釋變量; S，Th和Tc為解釋 變量;式（2）為DX-SASIHP機(jī)組理論制熱量的三元二階多項(xiàng)式回歸模型。

同理，DX-SASIHP機(jī)組COP的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂捎墒剑?）和式（4）表示：

COP= f2（S，Th，Tc），? ? ? ? ? ?（3）

（4）

以上模型的準(zhǔn)確性基于DX-SASIHP機(jī)組的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。利用Matlab軟件進(jìn)行多元非線性回歸可以計(jì)算出式（2）和式（4）中的回歸系數(shù)。計(jì)算結(jié)果如式（5）和式（6）所示。

（5）

由于式（5）的可決系數(shù)值 R 2為0.883，與統(tǒng)計(jì)值F對(duì)應(yīng)的概率P值為5.33×10? -11 ，小于0.05，這表明所建立的回歸模型有意義? [14] 。

同理，可以得到式（6）的回歸系數(shù)：

（6）

由于式（6）的可決系 數(shù)值R 2為0.753，與統(tǒng)計(jì)值F對(duì)應(yīng)的概率P值為7.5×10? -7 ，小于0.05，因此建立的回歸模型有意義。

DX-SASIHP機(jī)組的功率可由式（7）得出：

P= CAP[]COP 。? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

DX-SASIHP機(jī)組的實(shí)際制熱量可由式（8） 表示：

Q=CMc Δ T[]3 600，? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中：Q 表示為DX-SASIHP機(jī)組的實(shí)際制熱量，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí) Q應(yīng)等于 CAP，kW; C為 水的比熱容，kJ/（kg·℃）; Mc為冷凝 器側(cè)水流量，kg/h;Δ T 為冷凝器進(jìn)出口溫差，℃。

機(jī)組運(yùn)行期間的冷凝器出口水溫可由式（9）表示， 其中Ti為 冷凝器進(jìn)口水溫，℃。

Tc=Ti+3 600× CAP[] CMc。? ? ? ? ?（9）

至此為止，DX-SASIHP機(jī)組模塊的所有輸出變量均可由以上公式給出。接下來，需要利用TRNSYS 17軟件二次開發(fā)的功能建立DX- SASIHP 機(jī)組的新模塊（TYPE 200）。建立新模塊應(yīng)先定義模塊中的參數(shù)（Parameter），輸入（Input）和輸出（Output）等參數(shù)值。模塊參數(shù)部分被定義的變量有集熱蒸發(fā)器面積、水的比熱容、最小制熱量、最大（或最?。〤OP值和回歸系數(shù)等。輸入部分被定義的變量為冷凝器進(jìn)口水溫、冷凝器進(jìn)口流量、集熱蒸發(fā)器接收的太陽(yáng)輻射量、室外溫度和控制啟停信號(hào)。輸出部分被定義的變量包括冷凝器出口水溫、冷凝器出口流量、機(jī)組的制熱量、功率和COP等。定義好變量后，利用 VC++6.0 軟件編寫 DX-SASIHP 機(jī)組模塊C語(yǔ)言程序代碼。調(diào)試成功后復(fù)制到TRNSYS 17模塊代碼中即可完成新模塊創(chuàng)建。DX-SASIHP機(jī)組程序流程圖和TYPE 200模塊示意圖如圖3和圖4所示。

3? DX-SASIHP和ASHP機(jī)組性能仿真研究

3.1 仿真模型的建立

圖5為DX-SASIHP機(jī)組在邯鄲農(nóng)村建筑地板輻射采暖應(yīng)用中的仿真模型。ASHP機(jī)組的仿真模型是僅將DX-SASIHP機(jī)組模型中的TYPE 200模塊更換為TYPE 941空氣源熱泵模塊，其余設(shè)置完全相同。由于篇幅有限，本文不列ASHP機(jī)組的仿真模型圖?，F(xiàn)實(shí)中所模擬的2種機(jī)組，除蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)和面積不同外，其余部件如壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置及管道部件等的規(guī)格型號(hào)均完全相同，2種機(jī)組的主要部件參數(shù)如表1所示。根據(jù)TRNBuild軟件的能耗計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)于某座位于邯鄲地區(qū)的獨(dú)立建筑，采暖面積為160 m 2，采暖季逐時(shí)最大熱負(fù)荷為13.19 kW。1月13日為采暖季最不利工況日，日平均熱負(fù)荷為10.91 kW。系統(tǒng)主要運(yùn)行控制思路：熱泵系統(tǒng)通過吸收太陽(yáng)輻射或空氣中的熱量將儲(chǔ)存在保溫水箱中的水持續(xù)加熱。保溫水箱中的熱水再被供給到地暖盤管中為建筑物提供熱量。為了模擬采暖系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行狀況，達(dá)到更好的熱舒適性和節(jié)能效果，運(yùn)行時(shí)間、水箱出水溫度和房間溫度三者的情況來控制熱泵的啟停。

為了能夠在最大程度吸收太陽(yáng)輻射進(jìn)行供暖的同時(shí)，又能保證空氣能換熱處于高效狀態(tài)，設(shè)置了2種熱泵機(jī)組，運(yùn)行時(shí)間均為每日9：00～18：00? [15] ，其他時(shí)間段熱泵自動(dòng)關(guān)閉。根據(jù)獨(dú)立建筑的供熱需求，2種熱泵機(jī)組需要為地暖末端 裝置提供不高于50 ℃的熱水，并維持工作期間室內(nèi)溫度在18±1 ℃波動(dòng)。當(dāng)水箱出水溫度小于50 ℃或室內(nèi)溫度低于17 ℃時(shí)，恒溫控制器輸出開啟信號(hào)，在同時(shí)滿足運(yùn)行時(shí)間的前提下控制熱泵機(jī)組啟動(dòng)制熱。當(dāng)水箱出水溫度大于50 ℃或室內(nèi)溫度高于19 ℃時(shí)，恒溫控制器輸出關(guān)閉信號(hào)，停止制熱。設(shè)置機(jī)組采暖季模擬運(yùn)行時(shí)間為 7 632～? 10 535 h （2019-11-15至2020-03-15），計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為1 h。最后輸出2種機(jī)組典型采暖季的制熱量、耗電量、COP和室內(nèi)舒適性指標(biāo)等運(yùn)行參數(shù)。

3.2 制熱量的對(duì)比分析

DX-SASIHP機(jī)組采暖季逐時(shí)制熱量如圖6所示。由圖6可知，DX-SASIHP機(jī)組的制熱量隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)镈X-SASIHP機(jī)組的制熱量受室外氣象工況的影響較大。在采暖季的初期和末期，太陽(yáng)輻射和室外溫度較高，制熱量相對(duì)較大。DX-SASIHP機(jī)組采暖季平均制熱量為13.79 kW，累計(jì)制熱量為 13 765 kW·h 。[JP2]1月13日最不利工況日的平均制熱量為11.9 kW，高于當(dāng)天的建筑平均熱負(fù)荷10.91 kW。數(shù)據(jù)表明，DX-SASIHP機(jī)組運(yùn)行期間制熱性能良好，可以滿足整個(gè)采暖季的熱舒適性需求。

DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組采暖季月平均制熱能力的對(duì)比情況如圖7所示。研究發(fā)現(xiàn)，DX-SASIHP機(jī)組各月制熱能力均高于ASHP機(jī)組。DX-SASIHP機(jī)組采暖季月平均制熱量為 14.82 kW ，較ASHP機(jī)組的12.65 kW高 17.15%。可見，DX-SASIHP機(jī)組的制熱性能相比ASHP機(jī)組有大幅提高。雖然DX-SASIHP機(jī)組可以滿足農(nóng)村建筑的采暖需求，但也出現(xiàn)了制熱量與熱負(fù)荷供需不平衡的問題?？梢钥紤]在不提高耗電量的基礎(chǔ)上，通過室外太陽(yáng)能集熱蒸發(fā)器和壓縮機(jī)的旁路旁通調(diào)節(jié)來解決制熱量嚴(yán)重過剩的問題。

3.3 耗電功率的對(duì)比分析

DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組采暖季月平均耗電功率的對(duì)比情況如圖8所示。研究發(fā)現(xiàn)，DX-SASIHP機(jī)組的各月耗電功率均低于ASHP機(jī)組的耗電功率。DX-SASIHP機(jī)組的耗電功率波動(dòng)程度明顯比ASHP機(jī)組大。這是因?yàn)樘?yáng)輻射強(qiáng)度變化對(duì)DX-SASIHP機(jī)組的耗電功率有一定影響。DX-SASIHP機(jī)組采暖季月平均耗電功率為4.39 kW，較 ASHP機(jī)組的4.56 kW低 3.73%。在間歇開啟的情況下，DX-SASIHP機(jī)組采暖季累計(jì)耗電量為 4 352 kW·h ，較ASHP機(jī)組的4 996 kW·h低12.89%。這是因?yàn)镈X-SASIHP機(jī)組相較于ASHP機(jī)組省去了風(fēng)機(jī)等其他裝置的耗電。整個(gè)采暖季中ASHP機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間為1 090 h，而DX-SASIHP機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間僅為998 h。可見，DX-SASIHP機(jī)組在啟停控制下的運(yùn)行時(shí)間比ASHP機(jī)組短，因此其能耗大幅下降。可見，DX-SASIHP機(jī)組的節(jié)能性能比ASHP機(jī)組有大幅提高，可以降低能源消耗和污染物排放，減小用戶的采暖費(fèi)用。

3.4 COP值的對(duì)比分析

DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組采暖季月平均COP值的對(duì)比情況如圖9所示。研究發(fā)現(xiàn)，2種機(jī)組采暖季月平均COP值的變化趨勢(shì)與圖7采暖季月平均制熱量的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)正相關(guān)。DX-SASIHP機(jī)組采暖季月平均COP值為3.35，較ASHP機(jī)組的2.76高21.38%?？梢姡谡麄€(gè)采暖季DX-SASIHP機(jī)組的COP值均能保持在較高水平。這是因?yàn)镈X-SASIHP機(jī)組可以充分吸收太陽(yáng)輻射中的熱量，而且有效避免了ASHP機(jī)組室外換熱器的結(jié)霜問題。

3.5 建筑熱舒適性指標(biāo)的對(duì)比分析

選取采暖季最不利工況日1月13日，對(duì)2種機(jī)組營(yíng)造的建筑熱舒適性指標(biāo)模擬值進(jìn)行比較。圖10為1月13日DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組開啟時(shí)間內(nèi)室內(nèi)外溫度的對(duì)比圖。如圖10所示，2種機(jī)組所營(yíng)造的室內(nèi)溫度變化曲線和室外溫度變化曲線趨于一致。隨著時(shí)間的推移，基本呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。這說明室內(nèi)溫度變化會(huì)受到室外溫度變化的直接影響。1月13日室外全天平均溫度為-2.59 ℃，DX-SASIHP機(jī)組運(yùn)行下的室內(nèi)溫度平均值為17.64 ℃，ASHP機(jī)組運(yùn)行下的室內(nèi)溫度平均值為15.46 ℃，DX-SASIHP機(jī)組運(yùn)行時(shí)的室內(nèi)溫度比ASHP機(jī)組運(yùn)行時(shí)的室內(nèi)溫度平均值高14.1%。可見，DX-SASIHP機(jī)組的制熱效果良好，可以達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度要求，并滿足用戶基本采暖需求。

圖11為1月13日DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組開啟時(shí)間內(nèi)PMV指標(biāo)的對(duì)比圖。如圖11所示，應(yīng)用2種機(jī)組所模擬的PMV指標(biāo)變化趨勢(shì)基本一致。隨著時(shí)間推移，基本呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。這說明室外環(huán)境溫度對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境影響較大。DX-SASIHP機(jī)組的PMV指標(biāo)波動(dòng)范圍為 -0.44～ -0.24。而ASHP機(jī)組的PMV指標(biāo)波動(dòng)范圍為 -0.78～ -0.49。根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定， DX-SASIHP 機(jī)組營(yíng)造的熱環(huán)境可以滿足熱舒適Ⅰ級(jí)的要求。DX-SASIHP機(jī)組在1月13日的平均PMV值為-0.32，高于ASHP機(jī)組的平均PMV值-0.6。這表明DX-SASIHP機(jī)組可以提供更舒適的室內(nèi)環(huán)境。

圖12為1月13日DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組開啟時(shí)間內(nèi)PPD指標(biāo)的對(duì)比圖。如圖12所示，應(yīng)用2種機(jī)組所模擬的PPD指標(biāo)變化趨勢(shì)基本一致。隨著時(shí)間推移，基本呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)。這說明PPD指標(biāo)和室內(nèi)外溫度變化有著密切關(guān)系。DX-SASIHP機(jī)組的PPD指標(biāo)波動(dòng)范圍為6.18%～9.04%。而ASHP機(jī)組的PPD指標(biāo)波動(dòng)范圍為9.93%～17.92%。根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，DX-SASIHP機(jī)組營(yíng)造的熱環(huán)境可以滿足熱舒適Ⅰ級(jí)的要求。DX-SASIHP機(jī)組在1月13日的平均PPD值為7.21%，低于ASHP機(jī)組的平均PPD值12.83%。這表明DX-SASIHP機(jī)組可以提供更舒適的室內(nèi)環(huán)境，用戶對(duì)熱環(huán)境的滿意度更高。

3.6 模型的檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證DX-SASIHP機(jī)組的數(shù)學(xué)模型和模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)DX-SASIHP機(jī)組在2月26日—3月2日5天中的日平均制熱量和耗電功率的實(shí)測(cè)值和模擬值進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果如圖13所示。研究發(fā)現(xiàn)，DX-SASIHP機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的整體變化趨勢(shì)基本相同。日平均制熱量的實(shí)測(cè)值和模擬值的平均偏差僅為3.49%，日平均耗電功率的實(shí)測(cè)值和模擬值的平均偏差僅為1.89%。出現(xiàn)偏差的原因包括實(shí)驗(yàn)儀器人為讀數(shù)出現(xiàn)的誤差，以及模擬軟件中載入的氣象條件參數(shù)和真實(shí)情況間的誤差。但總體上結(jié)果偏差較小，可以驗(yàn)證DX-SASIHP機(jī)組仿真模型和模擬結(jié)果的正確性。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本文建立了DX-SASIHP機(jī)組的新模塊（TYPE 200），拓展了TRNSYS 17軟件的應(yīng)用范圍，進(jìn)而建立了DX-SASIHP機(jī)組和ASHP機(jī)組的獨(dú)立建筑輻射供暖仿真模型，并對(duì)2種機(jī)組在典型采暖季中的制熱量、能耗、COP和建筑熱舒適性指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析。

研究發(fā)現(xiàn)，DX-SASIHP機(jī)組可以滿足最不利工況日獨(dú)立建筑的采暖需要。DX-SASIHP機(jī)組的采暖季月平均制熱量為14.82 kW，較ASHP機(jī)組的12.65 kW高 17.15%;DX-SASIHP機(jī)組采暖季累計(jì)耗電量為4 352 kW·h，較ASHP機(jī)組的 4 996 kW·h 低12.89%;DX-SASIHP機(jī)組采暖季月平均COP值為3.35，較ASHP機(jī)組的2.76高21.38%。結(jié)果表明，DX-SASIHP機(jī)組運(yùn)行期間可以營(yíng)造熱舒適Ⅰ級(jí)的建筑環(huán)境，室內(nèi)溫度、PMV和PPD等指標(biāo)均優(yōu)于ASHP機(jī)組。DX-SASIHP機(jī)組實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排和采暖熱舒適的雙贏效果，為今后在農(nóng)村清潔能源采暖中推廣直膨式太陽(yáng)能/空氣能熱泵機(jī)組提供了理論依據(jù)。

由于時(shí)間、篇幅和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所限，本文僅在白天的特定時(shí)段對(duì)2種機(jī)組的運(yùn)行性能和制熱效果進(jìn)行了仿真對(duì)比。在今后的工作中會(huì)進(jìn)行夜間的機(jī)組性能仿真對(duì)比，并進(jìn)一步實(shí)測(cè)DX-SASIHP機(jī)組在獨(dú)立建筑中的運(yùn)行情況和應(yīng)用效果。

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