太陽能光伏光熱空氣源熱泵供能系統(tǒng)優(yōu)化模擬

1 概述

為充分發(fā)揮太陽能光伏光熱空氣源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢，關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化選取成為關(guān)鍵

。目前，針對太陽能光伏光熱空氣源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化研究方法主要分為實驗、模擬

。Tian等人

建立了平板式和槽式集熱器的太陽能供暖系統(tǒng)，采用TRNSYS-GenOpt軟件對多個關(guān)鍵參數(shù)進行優(yōu)化，得到了最佳的集熱面積、蓄熱裝置容積、集熱器方位角等。祝彩霞等人

建立太陽能與空氣源熱泵并聯(lián)供暖系統(tǒng)的容量匹配及運行優(yōu)化模型，以系統(tǒng)生命周期成本最小為優(yōu)化目標，以集熱器面積、熱泵容量、蓄熱水箱容積、熱泵啟停溫度為優(yōu)化變量，采用遺傳算法進行同步優(yōu)化計算。曾乃暉等人

通過TRNSYS建模，調(diào)用GENOPT軟件，以系統(tǒng)生命周期成本最小為優(yōu)化目標，以集熱器面積等為優(yōu)化變量，對空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)進行優(yōu)化。

以上大多數(shù)研究僅得到了部分關(guān)鍵參數(shù)間的最優(yōu)配比，或在優(yōu)化過程中僅考慮了系統(tǒng)的經(jīng)濟性，對系統(tǒng)產(chǎn)能最大時的配置研究比較少。本文將2022北京冬奧會延慶賽區(qū)某集裝箱房作為研究對象，采用TRNSYS軟件建立太陽能空氣源熱泵供能系統(tǒng)(以下簡稱供能系統(tǒng))仿真模型，以多個關(guān)鍵參數(shù)(光伏光熱組件傾角、光伏光熱組件方位角、蓄熱水箱容積、集熱循環(huán)泵額定質(zhì)量流量、熱源循環(huán)泵額定質(zhì)量流量、供暖循環(huán)泵額定質(zhì)量流量)為優(yōu)化變量，以光伏光熱組件發(fā)電量最大為目標函數(shù)，采用Coordinate Search算法

對各優(yōu)化變量進行優(yōu)化，評價優(yōu)化結(jié)果。

2 工程概況與供能系統(tǒng)

2.1 工程概況

延慶賽區(qū)某集裝箱房模型見圖1。供暖期為當年11月15日至次年3月15日，起始時間為當年第7 632 h，為使時間連續(xù)，供暖期不以自然年分割，而是持續(xù)到次年，結(jié)束時間為第10 511 h。供暖期逐時室外溫度見圖2。

集裝箱房長×寬×高為6 m×3 m×3 m，由海運集裝箱改裝而成。屋面和墻體采用兩側(cè)5 mm厚鋁質(zhì)蜂窩板夾75 mm厚A級防火巖棉。地面由下至上依次為75 mm厚A級防火巖棉、18 mm厚水泥壓力板、1 mm厚反射膜、15 mm厚水泥砂漿層及12 mm厚復(fù)合木地板。埋地盤管敷設(shè)在水泥砂漿層內(nèi)，外直徑為10 mm，內(nèi)直徑為8 mm。外門(朝南)采用斷橋鋁，面積為3.90 m

。外窗(朝北)采用Low-e玻璃，面積為2.41 m

。集裝箱房圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)見表1。

供暖室內(nèi)設(shè)計溫度為20 ℃，房間換氣次數(shù)取0.7 h

。照明裝置電功率密度取7 W/m

，光熱轉(zhuǎn)換率取75%。設(shè)備電功率密度取5 W/m

，設(shè)備發(fā)熱率為100%。室內(nèi)人數(shù)為1人。照明裝置與設(shè)備處于常開狀態(tài)，人員長期存在。采用DEST軟件模擬計算集裝箱房熱負荷。

2.2 供能系統(tǒng)

供能系統(tǒng)流程見圖3。供能系統(tǒng)裝置參數(shù)見表2。方位角0°表示光伏光熱組件朝正南，90°表示朝正西，-90°表示朝正東?？諝庠礋岜门c太陽能光伏光熱系統(tǒng)采用并聯(lián)方式分別向蓄熱水箱供熱，待蓄熱水箱用戶側(cè)出水溫度達到要求時，開啟供暖循環(huán)泵向集裝箱房供暖。光伏發(fā)電需滿足系統(tǒng)自用，不考慮外部供電。

——光伏光熱組件發(fā)電量，kW·h

集裝箱房安裝地點氣候寒冷，基礎(chǔ)設(shè)施比較差。為充分發(fā)揮可再生能源潛力，滿足電、熱的自我供應(yīng)，以光伏光熱組件發(fā)電量最大為目標函數(shù)。經(jīng)過試算，以光伏光熱組件發(fā)電量最大為目標函數(shù)時，仍可以滿足供暖需求。

3 仿真模型

吸入性糖皮質(zhì)激素還可恢復(fù)慢性阻塞性肺疾病患者氣流流速，改善其呼吸困難、喘息等臨床癥狀，解決肺功能障礙，降低多個炎性因子水平。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，吸入性糖皮質(zhì)激素的應(yīng)用可改善穩(wěn)定期慢性阻塞性肺疾病患者肺功能、生命質(zhì)量、6 min步行試驗距離檢測結(jié)果等[31]。此外，相較于口服、全身給藥，吸入性糖皮質(zhì)激素所致不良反應(yīng)較小。其在肺部可產(chǎn)生有效抗感染作用，減輕慢性阻塞性肺疾病患者臨床癥狀，避免病情惡化。因此，可認為吸入性糖皮質(zhì)激素在穩(wěn)定期慢性阻塞性肺疾病的治療中效果肯定，值得推薦。

4 優(yōu)化方案設(shè)計及評價指標

4.1 優(yōu)化方法

通過TRNSYS軟件的TRNOPT部件調(diào)用GENOPT軟件中的Coordinate Search算法進行優(yōu)化計算。在進行優(yōu)化計算時，先選擇優(yōu)化變量并設(shè)置變量的初始值、變化范圍等，然后選擇目標函數(shù)及優(yōu)化算法。通過不斷變換變量值，直至算法收斂達到最優(yōu)，完成優(yōu)化。

以上詩作對古金庭環(huán)境特征描述有：高入霄漢，在崇山峻嶺間，如“山嶂遠重疊”，“山高一萬八千丈”，“云遮三級舊書樓”等等；道路艱險，如“都令人徑絕，唯使云路通”、“龍蟠云卷卒難搜”、“步步溪山轉(zhuǎn)幾重”等等；周圍山勢險峻，如“透巖流壑”、“白云生石壁，飛閣插崖腰”，“巖扉澗戶”，等等；有奇物石髓，沈詩中“朋來握石髓”與《真誥》中的“泉則石髓金精”。

4.2 優(yōu)化變量

根據(jù)GB/T 50801—2013《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標準》第5.3.3條、第4.3.5條，系統(tǒng)標準煤替代量

的計算式為：

4.3 目標函數(shù)

當室內(nèi)溫度大于等于20 ℃時，關(guān)閉供暖循環(huán)泵；當室內(nèi)溫度小于20 ℃時，開啟供暖循環(huán)泵。當光伏光熱組件出水溫度高于進水溫度3 ℃及以上時，開啟集熱循環(huán)泵；出水溫度等于進水溫度時，關(guān)閉集熱循環(huán)泵。當集裝箱房供水溫度小于等于45 ℃時，開啟空氣源熱泵；當供水溫度大于等于55 ℃時，關(guān)閉空氣源熱泵。

4.4 評價指標

① 系統(tǒng)熱電綜合性能系數(shù)

系統(tǒng)熱電綜合性能系數(shù)

的計算式為：

新增的第3.3.1節(jié)中指出，? 《Guidelines for Examination in the EPO》，載https://www.epo.org/law-practice/legal-texts/html/guidelines/e/index.htm，最后訪問日期：2018年10月5日。人工智能和機器學(xué)習是基于分類、聚類、回歸和降維的計算模型和算法（例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、支持向量機等）。不管它們是否可以基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行“訓(xùn)練”，這些計算模型和算法本身屬于抽象的數(shù)學(xué)性質(zhì)，因此G-II部分和第3.3節(jié)中的一般性規(guī)定同樣適用于此類計算模型和算法。

式中

——系統(tǒng)熱電綜合性能系數(shù)

2）意義單元層——這一層次指的是文本中涉及的詞匯、句型、段落等各級語言單位的意義。在《綜合英語》系列教材文本中不同的詞匯、句型、段落等不同組合會呈現(xiàn)出了不同的文本意義，這一層次讀者來說，也存在著大量的空白，需要讀者在文本解讀的過程中去充實。而讀者語言能力和文學(xué)能力也直接決定了其對“空白”的填充內(nèi)容。

我捂著還隱隱作痛的屁股對老爹幸災(zāi)樂禍，可是我那彪悍的媽，卻沒有像罵我一樣拿著鏟子滿大街地追打我爹。我把家里的鏟子都放到我媽身邊，她卻拿起來揍了我一頓。

——標準煤低位發(fā)熱量，kJ/kg，取29 307 kJ/kg

自1945年創(chuàng)建以來，浩亭一直是一家100%的家族企業(yè)并傳承到第三代，保持著獨立家族性質(zhì)的企業(yè)愿景，并發(fā)展成為工業(yè)連接技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)先供應(yīng)商，其連接技術(shù)覆蓋三條生命線：電力、信號和數(shù)據(jù)，在全球44個國家擁有13個生產(chǎn)工廠和子公司。如今的浩亭正逐步從產(chǎn)品供應(yīng)商向解決方案提供商轉(zhuǎn)型，可全面提供數(shù)字化產(chǎn)品、軟件、硬件和工程服務(wù)等。

——光伏光熱組件供熱量，kW·h

——空氣源熱泵供熱量，kW·h

發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)先要轉(zhuǎn)變觀念，以工業(yè)化思維發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，把農(nóng)業(yè)當作工業(yè)來管理。在農(nóng)業(yè)耕作過程中，運用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)自動化智能管理，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)插上“智慧”的翅膀。

——集熱循環(huán)泵耗電量，kW·h

采用TRNSYS軟件建立供能系統(tǒng)仿真模型。主要模塊有氣象數(shù)據(jù)模塊Type15-2、建筑模塊Type56、太陽能光伏光熱模塊Type50d、水泵模塊Type3b、水箱模塊Type4d、空氣源熱泵模塊Type941、控制器模塊Type2b、溫度控制器模塊Type108等。為方便計算，進行以下設(shè)定：循環(huán)介質(zhì)為單相、均一、常物性、不可壓縮流體。管內(nèi)充滿循環(huán)介質(zhì)，循環(huán)泵工況保持穩(wěn)定。循環(huán)介質(zhì)輸送過程中無能量損失。仿真系統(tǒng)見圖4。

——熱源循環(huán)泵耗電量，kW·h

——供暖循環(huán)泵耗電量，kW·h

——空氣源熱泵耗電量，kW·h

② 光伏光熱組件光電轉(zhuǎn)換率

光伏光熱組件光電轉(zhuǎn)換率

的計算式為：

式中

——光伏光熱組件光電轉(zhuǎn)換率

——太陽曝輻量，kJ/m

——光伏光熱組件面積，m

③ 系統(tǒng)二氧化碳減排量

紅色代表熱烈、奔放、激情、斗志，而“中國紅”自古以來代表中華兒女的美好向往。紅色文化是我們黨以馬克思主義科學(xué)理論為指導(dǎo)，融合中華民族傳統(tǒng)文化和西方思想文化之長而形成的先進文化的集中體現(xiàn)，傳遞著一種精神、一種信仰?！皞}廩實而知禮節(jié)，衣食足而知榮辱”。人類歷史的每一次躍進，無不伴隨著文化的進步。

系統(tǒng)二氧化碳減排量

CO

的計算式為：

CO

=

式中

CO

——系統(tǒng)二氧化碳減排量，kg

林德認為，國際貿(mào)易是國內(nèi)貿(mào)易的延伸，產(chǎn)品的出口結(jié)構(gòu)、流向及貿(mào)易量的大小決定于本國的需求偏好，而一國的需求偏好又決定于該國的平均收入水平。這是因為三個方面的原因：

——系統(tǒng)標準煤替代量，kg

學(xué)校實施彈性學(xué)制，對參與創(chuàng)業(yè)的學(xué)生，憑借相關(guān)證明材料，可以將修業(yè)年限最高放寬到六年。通過實行博士班主任和學(xué)業(yè)導(dǎo)師制，積極創(chuàng)造條件滿足學(xué)生雙創(chuàng)能力培養(yǎng)要求。學(xué)校為激勵在校學(xué)生積極開展雙創(chuàng)實踐活動，拿出“4個100萬”雙創(chuàng)資金：100萬大學(xué)生科技活動資金，用于團委開展大學(xué)生科技活動項目；100萬大學(xué)生雙創(chuàng)實驗項目資金，用于教務(wù)處配套國家級雙創(chuàng)項目；100萬大學(xué)生創(chuàng)業(yè)項目資金，用于就業(yè)指導(dǎo)中心資助創(chuàng)業(yè)項目；100萬學(xué)科競賽專項資金，用于資助學(xué)生參與各級各類學(xué)科競賽。

——標準煤的二氧化碳排放因子，kg/kg，取2.47 kg/kg

考慮建筑面積、安裝地點等實際因素，選取光伏光熱組件傾角、光伏光熱組件方位角、蓄熱水箱容積、集熱循環(huán)泵額定質(zhì)量流量、熱源循環(huán)泵額定質(zhì)量流量、供暖循環(huán)泵額定質(zhì)量流量作為優(yōu)化變量。根據(jù)GB 50364—2018《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標準》、GB 50495—2019《太陽能供熱采暖工程技術(shù)標準》相關(guān)規(guī)定，確定優(yōu)化變量的變化范圍。優(yōu)化變量初始值及變化范圍見表3。

式中

——單位電量折合標準煤，根據(jù)國家統(tǒng)計局最近2年內(nèi)公布的火力發(fā)電標準煤耗水平確定，kg/(kW·h)

——常規(guī)電廠的發(fā)電效率，為0.38

——以傳統(tǒng)能源為熱源時的運行效率

1.3 稻瘟病抗性基因的分子標記 利用Pi-ta、Pi-b、Pi54和Pi21抗性基因引物檢測材料，引物名稱、序列及其擴增片段預(yù)期大小見表 1。

對于以傳統(tǒng)能源為熱源時的運行效率，由于2022北京冬奧會秉持低碳環(huán)保的辦會理念，因此本文的傳統(tǒng)能源為電能。對于熱水系統(tǒng)，當以電為能源時，GB/T 50801—2013表4.3.5給出的以傳統(tǒng)能源為熱源時的運行效率為0.31。該運行效率綜合考慮了火電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電熱水器的加熱效率。

5 優(yōu)化結(jié)果及分析

① 優(yōu)化變量

模擬時間為整個供暖期，優(yōu)化前后的優(yōu)化變量見表4。

② 室內(nèi)溫度

優(yōu)化前后室內(nèi)溫度隨時間的變化分別見圖5、6。由圖5、6可知，優(yōu)化沒有導(dǎo)致室內(nèi)溫度的大幅波動，且滿足要求。

③ 評價指標

光伏光熱組件發(fā)電量由優(yōu)化前的2 875 kW·h，增至優(yōu)化后的3 115 kW·h，發(fā)電量提高8.35%。優(yōu)化前后，光伏光熱組件發(fā)電量均可滿足系統(tǒng)自用需求，不需要外界供電。系統(tǒng)熱電綜合性能系數(shù)由優(yōu)化前的13.51%，增至13.91%。優(yōu)化后，不僅供能系統(tǒng)的發(fā)電量有所增大，系統(tǒng)綜合性能也有所提升。

光伏光熱組件光電轉(zhuǎn)換率由優(yōu)化前的27.03%，增至28.32%。

系統(tǒng)標準煤替代量由優(yōu)化前的640.7 kg，增至優(yōu)化后的793.7 kg。二氧化碳減排量由優(yōu)化前的1 582.5 kg，增至優(yōu)化后的1 960.4 kg，減排量提高23.88%。

6 結(jié)論

① 優(yōu)化沒有導(dǎo)致室內(nèi)溫度的大幅波動，且滿足要求。

② 光伏光熱組件發(fā)電量由優(yōu)化前的2 875 kW·h，增至優(yōu)化后的3 115 kW·h，發(fā)電量提高8.35%。優(yōu)化前后，光伏光熱組件發(fā)電量均可滿足系統(tǒng)自用需求，不需要外界供電。系統(tǒng)熱電綜合性能系數(shù)由優(yōu)化前的13.51%，增至13.91%。

烏云其木格：關(guān)于以上11位分組審議過程中推薦的同志都已經(jīng)詢問完畢，我們現(xiàn)在還有一點時間，哪位委員還想利用這點時間來詢問？如果沒有委員再詢問了，那么今天上午的專題詢問就進行到這里，會后請辦公廳的同志再辛苦一下，把這些詢問的問題匯總在一起，報請國務(wù)院予以研究處理，或者是作為今后決策的參考。

通過技術(shù)研究，研制了一種多功能硫磺皮帶機集成清掃裝置，經(jīng)性能評價驗證，達到了研究目的，滿足現(xiàn)場使用條件，硫磺粉塵質(zhì)量濃度降低至6.1 mg/m3，遠小于未安裝前25.1 g/m3的現(xiàn)場平均粉塵質(zhì)量濃度。形成的多功能硫磺皮帶機集成清掃裝置，可以從最前端將皮帶上黏附的物料處理掉，有效減少硫磺粉塵污染，實現(xiàn)硫磺輸送系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行，為后續(xù)硫磺皮帶機清掃裝置改進提供了指導(dǎo)依據(jù)，對解決皮帶輸送機沿線粉塵污染具有重要意義。研究成果可為國內(nèi)同類型裝置提供借鑒參考。

③ 光伏光熱組件光電轉(zhuǎn)換率由優(yōu)化前的27.03%，增至28.32%。

④ 系統(tǒng)標準煤替代量由優(yōu)化前的640.7 kg，增至優(yōu)化后的793.7 kg。二氧化碳減排量由優(yōu)化前的1 582.5 kg，增至優(yōu)化后的1 960.4 kg，減排量提高23.88%。

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