公共建筑儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化*

黃思浩，趙小雙，王令寶，卜憲標(biāo)，李華山?

公共建筑儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化*

黃思浩1,2,3,4，趙小雙1,2,3,4，王令寶1,2,3，卜憲標(biāo)1,2,3，李華山1,2,3?

（1. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；3. 廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

儲(chǔ)熱技術(shù)是解決辦公建筑地?zé)峁┡到y(tǒng)供需難以良好匹配及提高地?zé)崮芾寐实挠行侄沃唬欢鴥?chǔ)熱裝置的引入將增加供暖系統(tǒng)的投資與維護(hù)成本，在一定程度上使系統(tǒng)發(fā)展受限。以位于河北省滄州地區(qū)的某辦公建筑為研究對(duì)象，構(gòu)建了儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)模型，以綜合成本、地?zé)崮芾寐逝c碳排放量為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備選型及運(yùn)行策略開展協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究表明，與基準(zhǔn)系統(tǒng)相比，增設(shè)儲(chǔ)熱水箱可以明顯改善地?zé)峁┡到y(tǒng)的性能；合理地控制儲(chǔ)熱水箱儲(chǔ)、放熱與熱泵機(jī)組運(yùn)行是降低系統(tǒng)成本與碳排放量、提高地?zé)崮芾寐实年P(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，確定了儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行策略以及對(duì)應(yīng)的設(shè)備選型優(yōu)化參數(shù)。最優(yōu)運(yùn)行策略下相較于基準(zhǔn)系統(tǒng)綜合成本降低30.24%，日均地?zé)崮芾寐侍岣?1.12%，碳排放量減少46.65%。

地?zé)峁┡?；?chǔ)熱技術(shù)；系統(tǒng)優(yōu)化；設(shè)備選型；運(yùn)行策略

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，我國(guó)建筑供暖能耗急劇增加，其中公共建筑能耗占比較大，是節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)[1]。地?zé)峁┡俏覈?guó)北方清潔取暖的優(yōu)選技術(shù)之一，因此將其用于公共建筑供暖對(duì)我國(guó)建筑節(jié)能減排具有重要意義。然而作為水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)利用的核心設(shè)備，潛水泵受工藝影響不能頻繁啟停，導(dǎo)致供暖熱源的連續(xù)性與公共建筑采暖熱負(fù)荷的間斷性難以良好匹配，造成了地?zé)豳Y源浪費(fèi)[2]。

儲(chǔ)熱技術(shù)的引入不僅可解決地?zé)峁┡┬璨黄ヅ鋯栴}，提高地?zé)崮芾寐?，同時(shí)還可充分利用分時(shí)電價(jià)政策降低地?zé)峁┡到y(tǒng)的運(yùn)行成本。KYRIAKIS等[3]針對(duì)中深層地?zé)峁嵯到y(tǒng)供需不平衡的情況，提出引入儲(chǔ)熱水箱在低負(fù)荷時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)熱、高負(fù)荷時(shí)替代調(diào)峰能源的方案，結(jié)果表明優(yōu)化后的系統(tǒng)供暖成本下降14.9%，碳排放量減少54.2%。王含等[4]對(duì)比了多能互補(bǔ)式和水罐儲(chǔ)熱式兩種地?zé)峁┡到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明水罐儲(chǔ)熱比多能互補(bǔ)式系統(tǒng)初投資減少14.6%、運(yùn)行成本降低7.1%、費(fèi)用年值降低9.9%，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。MANENTE等[5]對(duì)比了意大利Ferrara地區(qū)熱網(wǎng)系統(tǒng)改造添加儲(chǔ)熱系統(tǒng)后與改造前的運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)果表明儲(chǔ)熱系統(tǒng)結(jié)合分時(shí)優(yōu)化控制可使系統(tǒng)能耗節(jié)約11%。郭嘯峰等[2]對(duì)應(yīng)用于咸陽某公共建筑的儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)進(jìn)行分析，表明采用水作為儲(chǔ)熱材料時(shí)最佳儲(chǔ)熱比例為42.2%，可使財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率增加10.87%。鄭新等[6]設(shè)計(jì)了潮汐式地?zé)崮軆?chǔ)能供熱調(diào)峰系統(tǒng)，指出較地?zé)?天然氣調(diào)峰方案，潮汐式方案經(jīng)濟(jì)效益明顯更優(yōu)，具有較好的推廣前景。

然而，引入儲(chǔ)熱裝置將增加地?zé)峁┡到y(tǒng)的投資與維護(hù)成本，在一定程度上導(dǎo)致其發(fā)展受限制，因此降低成本是儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)當(dāng)前亟須解決的重要問題。系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是降低成本的主要途徑之一。目前關(guān)于儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)的優(yōu)化大多為針對(duì)設(shè)備選型或運(yùn)行策略的單目標(biāo)優(yōu)化，未考慮設(shè)備選型對(duì)運(yùn)行策略的影響，難以保證結(jié)果最優(yōu)。此外，碳排放是當(dāng)前全社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注問題之一，但關(guān)于儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)碳排放的研究尚不多見。

以位于河北省滄州地區(qū)的某辦公建筑為研究對(duì)象，構(gòu)建了配備儲(chǔ)熱水箱的儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)，以綜合成本、地?zé)崮芾寐始疤寂欧帕繛閮?yōu)化目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備選型及運(yùn)行策略開展協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期為地?zé)峁┡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前應(yīng)用較多的地?zé)峁┡到y(tǒng)主要由一級(jí)板式換熱器（板換）、二級(jí)板換、水源熱泵機(jī)組（熱泵）以及地?zé)峋疂撍玫仍O(shè)備組成，后文簡(jiǎn)稱基準(zhǔn)系統(tǒng)。本文提出的儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)是在上述基準(zhǔn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入儲(chǔ)熱水箱，其系統(tǒng)流程如圖1所示，其中地?zé)崴?jīng)一級(jí)板換放熱后直接為建筑供熱，經(jīng)二級(jí)板換放熱再由熱泵機(jī)組升溫后為建筑供熱；運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)供熱功率大于建筑采暖熱負(fù)荷需求時(shí)，多余熱量將存儲(chǔ)于儲(chǔ)熱水箱中并于適當(dāng)時(shí)刻放熱為建筑供熱。

圖1 儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)流程圖

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

經(jīng)濟(jì)性是制約儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)推廣應(yīng)用的主要影響因素；此外，地?zé)崮芾寐始疤寂欧帕恳嗍窍到y(tǒng)設(shè)計(jì)階段不可忽視的重要指標(biāo)。因此本文以綜合成本、地?zé)崮芾寐始疤寂欧帕孔鳛閮?yōu)化目標(biāo)。

然而，以上三者皆為獨(dú)立的評(píng)價(jià)指標(biāo)，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，因此本文以上述評(píng)價(jià)指標(biāo)各占一定權(quán)重的綜合性能指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)，具體表達(dá)式如下：

上述評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)可通過判斷矩陣法確定[7]，其中取綜合成本作為1級(jí)指標(biāo)，地?zé)崮芾寐首鳛?級(jí)指標(biāo)，碳排放量作為3級(jí)指標(biāo)。判斷矩陣如下：

（1）綜合成本

綜合成本包括系統(tǒng)年初投資成本、年維護(hù)成本以及運(yùn)行成本，具體表達(dá)式如下：

系統(tǒng)年初投資成本為板換、熱泵以及儲(chǔ)熱水箱的年初投資成本之和，表達(dá)式如下：

系統(tǒng)年維護(hù)成本與設(shè)備總初投資成本有關(guān)，表達(dá)式如下：

系統(tǒng)運(yùn)行成本包括購(gòu)電成本以及地?zé)崴Y源費(fèi)，具體表達(dá)式如下：

（2）日均地?zé)崮芾寐?/p>

儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)日均地?zé)崮芾寐视?jì)算式如下：

（3）碳排放量

儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)碳排放量包括網(wǎng)電CO2排放以及地?zé)崴_采利用導(dǎo)致的CO2排放，具體表達(dá)式如下：

2.2 設(shè)備模型

（1）板換模型

板換模型具體表達(dá)式如下：

（2）熱泵機(jī)組模型

熱泵機(jī)組模型可通過性能系數(shù)估算公式進(jìn)行簡(jiǎn)化[8]，如下所示：

由于估算公式是在設(shè)計(jì)工況下獲得的，需對(duì)估算公式進(jìn)行修正[9]。修正公式如下所示：

因此，熱泵模型表達(dá)式如下：

（3）儲(chǔ)熱水箱模型

儲(chǔ)熱水箱模型具體表達(dá)式如下：

2.3 約束條件

（1）能量平衡約束

儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)各個(gè)時(shí)刻皆需滿足能量供需平衡，具體約束表達(dá)式如下：

（2）設(shè)備選型約束

系統(tǒng)主要設(shè)備選型約束如下：

（3）設(shè)備運(yùn)行約束

潛水泵受工藝影響不能頻繁啟停，且變頻范圍較窄，其運(yùn)行約束如下：

板換的運(yùn)行約束如下：

熱泵機(jī)組的運(yùn)行約束如下：

儲(chǔ)熱水箱的運(yùn)行約束如下：

（4）流體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束

系統(tǒng)流體網(wǎng)絡(luò)約束表達(dá)式如下：

3 計(jì)算與分析

以河北省滄州市某辦公建筑為研究對(duì)象，模擬周期為24 h[11]，供暖時(shí)間段為工作日的7:00-20:00[2]，具體模型輸入?yún)?shù)如表1所示。圖2和圖3分別為該建筑供暖季典型日的逐時(shí)采暖熱負(fù)荷曲線與當(dāng)?shù)氐姆謺r(shí)電價(jià)。根據(jù)公共建筑熱負(fù)荷特性與分時(shí)電價(jià)特性制定了四種運(yùn)行策略，如表2所示。

表1 輸入?yún)?shù)

圖2 供暖季典型日逐時(shí)采暖熱負(fù)荷曲線

圖3 分時(shí)電價(jià)

表2 儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)運(yùn)行策略

儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)可看作是求解一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，基于表2制定的運(yùn)行策略，通過Yalmip工具箱調(diào)用Gurobi求解器對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化求解，以確定最優(yōu)運(yùn)行策略及對(duì)應(yīng)的設(shè)備選型優(yōu)化參數(shù)。

性能評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果如表3所示。由表中可以觀察到，增設(shè)儲(chǔ)熱水箱可以降低系統(tǒng)綜合成本及碳排放量并提高日均地?zé)崮芾寐省谋碇羞€可看出，策略3綜合性能最優(yōu)，優(yōu)化后的系統(tǒng)相較于基準(zhǔn)系統(tǒng)綜合成本降低30.24%，日均地?zé)崮芾寐侍岣?1.12%，碳排放量減少46.65%。

系統(tǒng)設(shè)備選型優(yōu)化結(jié)果如表4所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)相較于基準(zhǔn)系統(tǒng)，優(yōu)化后的各運(yùn)行策略下板換面積、熱泵額定熱功率均有明顯降低，說明儲(chǔ)熱水箱承擔(dān)了部分供熱負(fù)荷，使板換及熱泵機(jī)組初投資成本降低。然而，由于增加了儲(chǔ)熱水箱成本，某些運(yùn)行策略下系統(tǒng)總初投資成本反而有小幅上升。

表3 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果

表4 設(shè)備選型優(yōu)化結(jié)果

結(jié)合圖4可知，設(shè)備初投資折合成本占系統(tǒng)綜合成本比例較小，相比而言，購(gòu)電成本及地?zé)崴Y源費(fèi)對(duì)綜合成本影響較大，其中購(gòu)電成本隨運(yùn)行策略波動(dòng)明顯。購(gòu)電成本優(yōu)化結(jié)果如圖5、圖6所示。由圖5可以觀察到，策略1及策略3的購(gòu)電成本明顯較小，其中熱泵機(jī)組購(gòu)電成本為主要影響因素且受運(yùn)行策略影響較大。結(jié)合圖6可以發(fā)現(xiàn)，策略1及策略3下熱泵機(jī)組僅在無負(fù)荷期間運(yùn)行，充分利用分時(shí)電價(jià)特性，使得整個(gè)模擬周期逐時(shí)購(gòu)電成本保持在較低水平，因此其購(gòu)電成本較低，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

圖4 綜合成本優(yōu)化結(jié)果

圖5 購(gòu)電成本優(yōu)化結(jié)果

圖6 逐時(shí)購(gòu)電成本優(yōu)化結(jié)果

地?zé)崮芾寐实膬?yōu)化結(jié)果如圖7所示，從圖中可以看出，優(yōu)化后系統(tǒng)無負(fù)荷期間地?zé)崮芾寐视忻黠@提升，說明增設(shè)儲(chǔ)熱水箱可有效回收無負(fù)荷期間的多余熱量。此外，從圖中還可看出，策略2與策略4的熱泵運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，因此其日均地?zé)崮芾寐瘦^高。

系統(tǒng)碳排放量的優(yōu)化結(jié)果如圖8、圖9所示。從圖8中可以看出，策略1與策略3下系統(tǒng)碳排放量相對(duì)較少，相較基準(zhǔn)系統(tǒng)分別減少45.63%、46.65%，減排效果十分顯著。此外，從圖中還可看出，熱泵碳排放量占比較大且隨運(yùn)行策略波動(dòng)明顯。結(jié)合圖9可知，策略2與策略4熱泵運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)且輸出功率較大，導(dǎo)致其碳排放量亦較大。此外，結(jié)合圖6、圖7和圖9可以發(fā)現(xiàn)，無負(fù)荷期間策略2和策略3的運(yùn)行模式相同，但由于策略2熱泵輸出功率較大，因此無負(fù)荷期間其逐時(shí)購(gòu)電成本、地?zé)崮芾寐始疤寂欧帕烤哂诓呗?。因此，合理控制熱泵機(jī)組運(yùn)行是降低系統(tǒng)成本與碳排放量、提高地?zé)崮芾寐实年P(guān)鍵。

圖7 逐時(shí)地?zé)崮芾寐蕛?yōu)化結(jié)果

圖8 碳排放量?jī)?yōu)化結(jié)果

圖9 逐時(shí)碳排放量?jī)?yōu)化結(jié)果

結(jié)合表3可知，策略3的綜合性能最優(yōu)，其典型日下熱功率平衡與設(shè)備出力如圖10所示。從圖中可以觀察到，0:00-6:00潛水泵低頻運(yùn)行同時(shí)啟動(dòng)熱泵機(jī)組給儲(chǔ)熱水箱充能；7:00-20:00關(guān)閉熱泵機(jī)組，大部分采暖熱需求由一級(jí)板換提供，剩余部分由儲(chǔ)熱水箱逐步放熱補(bǔ)足；21:00-24:00潛水泵低頻運(yùn)行，儲(chǔ)熱水箱回收多余的地?zé)豳Y源。

圖10 最優(yōu)運(yùn)行策略下熱功率平衡與設(shè)備出力

4 結(jié) 論

構(gòu)建了儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)模型，以綜合成本、地?zé)崮芾寐室约疤寂欧帕孔鳛閮?yōu)化目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備選型及運(yùn)行策略進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，結(jié)論如下：

（1）優(yōu)化后系統(tǒng)綜合成本相對(duì)較小，其中熱泵購(gòu)電成本是影響綜合成本的主要因素且隨運(yùn)行策略波動(dòng)較大。

（2）優(yōu)化后系統(tǒng)無負(fù)荷期間地?zé)崮芾寐拭黠@提升，說明增設(shè)儲(chǔ)熱水箱可有效回收無負(fù)荷期間的多余熱量。

（3）優(yōu)化后系統(tǒng)碳排放量明顯減少，其中熱泵運(yùn)行是影響系統(tǒng)碳排放量的關(guān)鍵。

（4）策略3綜合性能最優(yōu)，其相較于基準(zhǔn)系統(tǒng)綜合成本降低30.24%，日均地?zé)崮芾寐侍岣?1.12%，碳排放量減少46.65%。

[1] 國(guó)家發(fā)展改革委, 國(guó)家能源局, 財(cái)政部, 等. 關(guān)于印發(fā)北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021年)的通知[EB/OL]. (2017-12-20).http://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201712/t20171220_962623.html.

[2] 郭嘯峰, 李瑞霞. 儲(chǔ)熱技術(shù)在地?zé)峁ü┡械膬?yōu)化應(yīng)用與運(yùn)行策略研究[J]. 建筑科學(xué), 2020, 36(8): 152-159. DOI: 10.13614/j.cnki.11-1962/tu.2020.08.21.

[3] KYRIAKIS S A, YOUNGER P L. Towards the increased utilisation of geothermal energy in a district heating network through the use of a heat storage[J]. Applied thermal engineering, 2016, 94: 99-110. DOI: 10.1016/j. applthermaleng.2015.10.094.

[4] 王含, 鄭新, 張金龍. 儲(chǔ)能式地?zé)崮芫C合能源系統(tǒng)效益分析[J]. 建筑節(jié)能, 2019, 47(3): 60-64, 80. DOI:10.3969/j.issn.1673-7237.2019.03.013.

[5] MANENTE G, LAZZARETTO A, MOLINARI I, et al. Optimization of the hydraulic performance and integration of a heat storage in the geothermal and waste-to-energy district heating system of Ferrara[J]. Journal of cleaner production, 2019, 230: 869-887. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.05.146.

[6] 鄭新, 孫雨瀟, 張迪, 等. 潮汐式地?zé)崮軆?chǔ)能供熱調(diào)峰系統(tǒng)效益分析[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2020, 9(3): 720-724. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0285.

[7] 唐巍, 薄博, 叢鵬偉, 等. 含分布式發(fā)電接入的農(nóng)村電網(wǎng)多目標(biāo)規(guī)劃[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(S1): 132-137. DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2013.z1.020.

[8] 黃思浩. 公共建筑儲(chǔ)熱式地?zé)峁┡到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 北京: 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 2022.

[9] ZHENG G Z, LI F, TIAN Z, et al. Operation strategy analysis of a geothermal step utilization heating system[J]. Energy, 2012, 44(1): 458-468. DOI: 10.1016/j.energy. 2012.06.006.

[10] FUENTES E, WADDICOR D A, SALOM J. Improvements in the characterization of the efficiency degradation of water-to-water heat pumps under cyclic conditions[J]. Applied energy, 2016, 179: 778-789. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.07.047.

[11] 許家琪. 引入蓄能環(huán)節(jié)的分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化分析[D]. 天津: 天津大學(xué), 2009.

[12] ZüHLSDORF B, MEESENBURG W, OMMEN T S, et al. Improving the performance of booster heat pumps using zeotropic mixtures[J]. Energy, 2018, 154: 390-402. DOI: 10.1016/j.energy.2018.04.137.

[13] 謝行杰. 污水源熱泵結(jié)合太陽能復(fù)合供暖系統(tǒng)優(yōu)化及運(yùn)行分析[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2018.

[14] LONGO G A, RIGHETTI G, ZILIO C. A new computational procedure for refrigerant condensation inside herringbone-type Brazed Plate Heat Exchangers[J]. International journal of heat and mass transfer, 2015, 82: 530-536. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.11.032.

[15] 時(shí)國(guó)華, 楊林棣, 張浩, 等. 集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度優(yōu)化模型[J]. 熱力發(fā)電, 2020, 49(3): 68-75. DOI: 10.19666/j.rlfd.201909203.

[16] KARLSDOTTIR M R, LEW J B, PALSSON H P, et al. Geothermal district heating system in Iceland: a life cycle perspective with focus on primary energy efficiency and CO2emissions[C]//Proceedings of the 14th International Symposium on District Heating and Cooling. Stockholm, Sweden, 2014.

Optimization Design of Geothermal Heating System with Thermal Energy Storage for Public Buildings

HUANG Si-hao1,2,3,4, ZHAO Xiao-shuang1,2,3,4, WANG Ling-bao1,2,3, BU Xian-biao1,2,3, LI Hua-shan1,2,3

(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou 510640, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China;4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Thermal energy storage (TES) technology is one of the important measures to solve the problem of the mismatch between supply and demand of the geothermal heating system for public buildings and improve the geothermal energy utilization rate. However, the introduction of TES units will increase the investment and maintenance cost of the geothermal heating system, and thus to some extent, its development is limited. With taking an office building located in Cangzhou, Hebei province, China, as research object, a geothermal heating system with a hot water storage tank as a TES unit was built, and collaborative optimization for equipment selection and operation strategies was carried out with the comprehensive cost, geothermal energy utilization rate and carbon emission as the optimization objectives. The results showed that compared with the benchmark system, the performance of the geothermal heating system with the addition of TES was significantly improved. Besides, reasonable operation control of the TES, as well as heat pump, was the key measure to reduce the system cost and carbon emission as well as improve the geothermal energy utilization rate. On this basis, the optimal operation strategy and corresponding equipment selection parameters of the geothermal heating system with TES were determined respectively. Compared with the benchmark system, the comprehensive cost of the system was reduced by 30.24%, the daily average geothermal energy utilization rate was increased by 11.12%, and the carbon dioxide emission was reduced by 46.65%.

geothermal heating; thermal energy storage technology; system optimization; equipment selection; operation strategy

2095-560X（2022）05-0431-09

TK52

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.005

2022-06-22

2022-07-21

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFB1504105）

李華山，E-mail：lihs@ms.giec.ac.cn

黃思浩（1997-），男，碩士研究生，主要從事地?zé)崮芾眉夹g(shù)研究。

李華山（1981-），男，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事地?zé)崮芾眉夹g(shù)研究。