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针对土壤源热泵系统节能运行的控制需求,该文提出一种面向系统运行控制的地埋管换热器Hammerstein-Wiener(H-W)模型。基于H-W模型结构特性和非线性特征,结合地埋管换热器168 h的实时进出、水温度数据,利用Levenberg-Marquardt寻优算法对H-W模型进行辨识,在此基础上,以48 h的逐时进水温度作为模型输入,模型预测值与相应数据的拟合度为99.44%,验证了H-W模型的预测结果。在连续1 000次的H-W模型辨识与验证测试中,拟合度高于90%的占83%。地埋管换热器H-W模型的辨识速度快、预测结果精度较高,并在持续的在线预测中显示了较强的稳定性,为土壤源热泵系统在线优化控制的实施提供了保障。 相似文献
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植物工厂地源热泵系统热负荷BP神经网络预测及验证 总被引：5，自引：5，他引：0
为提高水蓄能型地下水源热泵自然光植物工厂供热系统节能性,供热系统必须能够很好地预测热负荷变化。针对自然光植物工厂热环境系统非线性特点,利用具有很强非线性映射能力的BP神经网络(back propagation,BP),选取室内外空气干球温度、太阳辐射强度、室内相对湿度和绝对湿度、室内风速等输入参数,确定算法步骤和评价指标,构建神经网络模型预测植物工厂次日负荷。采用Matlab神经网络工具箱对崇明试验基地水蓄能型地源热泵自然光植物工厂的样本集进行训练,训练后误差函数值为0.002 999 94,神经网络收敛。通过对比热负荷预测值与实际值,证明了神经网络预测热负荷值与实际值趋势一致,基本误差在±6%以内,结果表明神经网络法可以用于植物工厂次日热负荷预测。通过热负荷预测能够更加科学地调整供热系统运行模式,更好地匹配植物工厂需求热量与热泵的输出能量,实现运行节能和降低供能成本的目的。 相似文献
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为了准确确定土壤源热泵系统地埋管换热器的热物性参数和热阻,该文以地埋管换热器线热源模型为基础,结合土壤的热响应试验,提出了一种应用模式搜索算法确定土壤综合导热系数和地埋管换热器热阻的方法。搜索算法实施时,热阻作为一个待定参数,不必考虑换热器的各项物理参数,降低了运算工作量。试验实测结果表明,应用模式搜索算法后该文试验条件下确定的土壤综合导热系数的相对误差为1.42%,热阻的相对误差为1.73%;通过与其他方法比较,模式搜索算法确定的参数的相对误差较小,算法精度较高,可靠性较高;该研究结果为土壤源热泵系统的设计与应用提供参考。 相似文献
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为优化沼气工程热泵加温系统的设计,降低加温系统的初投资和运行费用,该文对经济保温层厚度进行了研究。首先采用综合传热系数法简化计算沼气池围护结构散热负荷,并借助逐时气象参数获得沼气池全年动态热负荷的计算方法。在此基础上,利用费用年值法建立了经济保温层厚度的数学模型,并将其应用到工程实例,得到了经济保温层厚度简化计算公式,在上海地区气候前提下,确定了沼气池经济保温层厚度为0.05～0.07m。同时得到当热泵年均性能系数(coefficient of performance,COP)为3.5时,膨胀聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、聚氯乙烯5种保温材料所对应的经济保温层厚度分别为0.092、0.063、0.054、0.048和0.046m。 相似文献
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土壤源热泵非稳态热流热响应试验中岩土热物性参数的确定 总被引：3，自引：3，他引：0
在土壤源热泵系统现场热响应试验时,复杂的现场状况会影响热响应试验中恒加热功率的实现,结合测试现场的实际状况,该文提出了非稳态热流工况下确定岩土热物性参数的方法。通过建立非稳态热流热响应试验系统模型,实施系统优化,使地埋管换热器进出水平均温度计算值和实测值的平方和最小,确定最优的岩土导热系数和容积比热容2个参数。对比同一测试地点的恒热流和非稳态热流热响应试验确定的2个热物性参数的结果,非稳态热流工况系统优化方法确定的岩土导热系数的相对误差为1.2%,容积比热容的相对误差为0.7%。同时,在非稳态热流工况下,利用系统优化方法确定热物性参数可适当缩短热响应试验的测试时间,降低了测试成本,为土壤源热泵系统热响应试验的实施和岩土热物性参数的确定提供了重要参考。 相似文献
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蓄能型地源热泵式植物工厂供能系统虽然避免了传统化石能源供能所存在的一次能源利用率低且污染严重的问题,但目前缺乏长期运行经验。以上海崇明自然光植物工厂为例,对蓄能型地下水源热泵供能系统进行节能运行优化调控。研究发现该系统存在3种不合理运行情况:A.植物工厂热负荷为负值时热泵仍继续供热、B.热泵向蓄热水箱输出过多热量蓄热、C.热泵在用电高峰时仍运行。经过优化调控后,避免A运行情况,第1季度热泵最终可减少输出能量21.55 GJ,可减少耗电1 012.50 kWh,折合成电价可节约747元;避免B运行情况,设定第1季度热水充满率上限为85%,在保证热泵充分供能植物工厂前提下,可减少输出97.2GJ能量;避免C运行情况,热泵总输出能量不变,将第1季度中热泵140.25 GJ的热量转移到平价阶段输出,可以节约5 530元,此时电量总计8 654.07 kWh。通过优化自然光植物工厂供能系统运行过程,可以节能降耗,经济运行。 相似文献
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地下水源热泵系统热平衡模拟三维数值模型 总被引：2，自引：2，他引：0
为了准确模拟预测地下水源热泵系统运行期间的热平衡变化规律特征,避免未来地下水源热泵系统运行期间出现的热贯通现象。以河北省水勘院正定基地地下水源热泵系统示范工程为例,建立了地下水渗流与热量运移三维耦合数值模型,并结合地下水源热泵系统的设计运行方案,预测分析了不同条件下未来地下水源热泵系统的热平衡发展趋势。结果表明,该示范工程按设计方案运行,抽、灌井之间存在热贯通现象。地下水源热泵系统通过增大温差的方法进行调节,可有效地缓解热贯通现象。 相似文献
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《土壤通报》2017,(6):1338-1346
为了探讨不同因素对竖直U型地埋管周围土壤传热规律影响,在试验验证基础上,基于有限元分析法建立二维非稳态物理数学模型,分析了土壤类型、地埋管管径、热流密度、地埋管管脚间距和热泵运行模式对竖直U型地埋管周围土壤温升率和热作用区域的影响。研究表明:地埋管附近土壤温升率随热泵运行时间的增加呈现先迅速增大后下降最后趋于稳定的变化规律;热作用区域随热泵运行时间的增加而增加;轻土适合作为地源热泵长期运行的蓄热材料;土壤温升率及热作用区域均随地埋管管径和热流密度的增加而增加;热泵间歇运行时,土壤温升率曲线表现为先上升后下降,且随热泵开停比的减小而减小。在本研究计算条件下,地埋管管脚间距宜取120 mm。经试验验证,本研究所建模型吻合度较好,其最大误差为1.4%。 相似文献
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为提升低温环境下藏药干燥特性,该研究提出回热、喷焓热泵干燥系统模式,并通过试验探究所设计系统持续运行的稳定性及能效特性,获取低温条件不同方式载物模式下热泵连续运行的特性及变化规律。研究结论如下：在冬季高原严寒大温差（30 ℃）下,回热型热泵系统换热器换热效率平均为13.58%。喷气增焓热泵系统（?13.39～16.69 ℃）最低制热系数COP（Coefficient of Performance, COP）比普通涡旋热泵系统（?11.4～18.3 ℃）提升了51.5%,COP平均提高16.9%,有效提高了低温下系统制热能效。物料摆放方式以及铺料厚度对干燥效果影响显著,当装载量为100%,码放高度20 cm时,物料成品表皮色泽金亮,干燥度均匀,单位能耗除湿量SMER（Specific Moisture Extraction Rate,SMER）大。与传统方式相比,对同等数量的物料,热泵干燥耗时仅为传统阴干方式的1/9,且成本降低1 160元/t,同时避免了环境的二次污染。研究结果表明回热、喷焓型热泵系统能满足低温工况下藏药材干燥所需的能量供给且能够稳定运行。 相似文献
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基于混合解换热模型的地源热泵系统井群热干扰特性 总被引：1，自引：1，他引：0
为建立井群换热快速求解模型并研究其热干扰特性,提出了一种基于解析-数值计算的混合解模型,以16井群为研究对象,通过试验和数值模拟的方法研究了井群热干扰特性。研究结果表明:随着换热的进行井群中各井间产生热干扰并逐渐增强,同一运行时刻中井受热干扰程度最大、边井次之、角井则最小;由于井间热干扰的影响,角井换热能力最大、井壁温度最低,边井换热能力和井壁温度居中,中井换热能力最小、井壁温度最高,则运行90 d时角井换热量比边井大6.5%,边井换热量比中井大7.1%;角井对井群换热量的贡献率随换热时间延长逐渐增加,中井对井群换热量的贡献率则逐渐减少,而边井对井群换热量的贡献率基本不变。 相似文献
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随着能源压力的日益增大,世界各国都十分重视可再生能源的利用与开发,地源热泵技术作为一种清洁、高效的可再生能源,近年得到了较快的发展。该文利用无限长线热源传热计算模型,讨论了介质内过余温度场的分布特性。结果表明：介质内温度响应在孔壁处最大,随离孔壁距离的增加呈指数衰减,随时间的增加而增大;热传播区域随时间的增加而增大,随介质的热扩散系数的增加而增大。针对工程中群埋管换热器情况,利用叠加原理计算群埋管的孔壁温度,定义换热器的热响应半径为其他钻孔引起的过余温度影响系数≤5％时相邻钻孔中心线之间的垂直距离。在大量计算分析基础上,提出了竖直埋管换热器热响应半径计算方法。计算结果表明该文方法具有较好的计算精度,竖直埋管换热器的热响应半径随岩土热扩散系数增大而增大,随持续运行时间增加而增大,随钻孔排数增加而增大,随着钻孔孔径增大而增大;钻孔布置方式不同对钻孔热响应半径的影响较明显,相同布置方式下钻孔直径对其热响应半径的影响较小。针对工程中常见的115和135 mm 2种孔径,绘制了不同岩土介质下钻孔单排、双排和三排以上布置时热响应半径-运行时间的关系曲线。工程算例表明该文方法简单方便,为工程设计提供了便利。 相似文献
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基于日气温特征值与冷/热积量模型耦合的苹果始花期预报模型 总被引：1，自引：0，他引：1
以临猗、洛川和栖霞3个富士系苹果主产区为研究区，基于2019−2020年各地调查样点的1km格网气象数据、实际始花期数据以及冷小时模型（Chilling Hour Model，CHM）和生长度小时（Growing Degree Hour，GDH）模型，利用网格搜索法得到苹果始花期最优冷/热需求量；然后将日气温特征值（日最高温Tmax、日最低温Tmin和日平均温Tavg）划分为单因子、双因子和三因子7种日气温特征因子组合方式，利用随机森林算法（Random Forest，RF）构建3个地区不同日气温特征因子组合下的日冷/热积量模型，以筛选最优日气温特征因子；在此基础上，基于最优日气温特征因子，利用RF构建苹果始花期预报模型，并通过独立实际始花期数据对预报模型进行精度评价。结果表明：（1）临猗地区的苹果始花期最优冷/热需求量分别为730CH和7350GDH，洛川地区分别为345CH和4950GDH，栖霞地区分别为520CH和4450GDH；（2）7种日气温特征因子组合中，Tmax、Tmin和Tavg三因子组合下的3个地区日冷/热积量模型在估算日冷/热积量时均具有较高的准确性，日冷积量估算值与基于CHM模型得到的日冷积量间的RMSE为0.97～2.50CH，日热积量估算值与基于GDH模型得到的日热积量间的RMSE为1.73～15.76GDH；（3）利用苹果始花期预报模型估算日冷/热积量，日冷/热积量估算值与基于CHM/GDH模型得到的日冷/热积量间的RMSE分别为1.08～1.14CH和2.03～3.74GDH；当利用该模型进行苹果始花期预报时，预报值与实际值R2为0.92，RMSE为3.44d，其精度与基于真实逐小时气温数据的精度整体一致，表明本研究构建的苹果始花期预报模型可以有效将输入气温数据从逐小时尺度转换为日尺度，这在后续苹果始花期预报工作中具有较好的应用价值和潜力。 相似文献
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水文气象预报技术的发展为水库防洪调度动态控制汛限水位提供了可能。抬高水库汛限水位可提高水库兴利效益,但有一定防洪风险。该文基于贝叶斯定理与洪水预报误差特性,提出确定汛限水位动态控制域上限的风险分析方法。以清河水库为实例,当汛限水位动态控制域上限遭遇设计频率洪水时,该文分析在不同洪水预报误差范围内,调洪最高水位超过各设计频率特征水位的概率,并应用贝叶斯定理得出各设计频率洪水发生时遭遇不同洪水预报误差的风险。结果表明,清河水库实施预报调度方式确定的汛限水位动态控制域上限127.80 m是安全的。该文提出的风险分析方法弥补了目前预报调度方式风险分析中不能直接得知不同洪水预报误差的风险的不足,充实了水库调度风险分析的理论基础,具有一定的理论意义和实用价值,可供同类型水库参考应用。 相似文献
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相变材料回填地埋管换热器蓄能传热特性 总被引：2，自引：1，他引：1
为了探讨相变回填材料固液相变对地埋管换热器蓄能传热性能的影响,建立了带有相变的垂直U型埋管换热器传热数学模型,并利用显热容法对相变材料的相变问题进行了处理。基于模型的数值求解,分析了夏冬季运行工况下相变材料固液相变对U型埋管换热器蓄能性能及其周围土壤温度热响应特性的影响规律,结果表明：同样条件下,相变材料固液相变会减缓埋管周围土壤温度变化趋势,缩小埋管热影响区域;夏季工况采用较低相变温度、冬季采用较高相变温度的相变材料均可以明显改善其换热效果,同时相变潜热大的相变材料可以明显增加地埋管的蓄能效果。研究结论对于缓解土壤热影响区域、改善地埋管换热器的蓄能传热性能具有重要意义。 相似文献
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土壤蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度特性模拟 总被引：2，自引：1，他引：1
为探索内蒙中部地区地源热泵蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度变化特性,以垂直U型地埋管周围土壤为研究对象,基于有限元分析法建立了二维非稳态传热物理数学模型。在与试验结果进行验证的基础上,对土壤蓄热、放热和蓄热-放热耦合过程进行模拟研究。分析了热作用半径、单位管长换热量和土壤温度随热泵运行时间及运行模式的变化规律;单一条件下的蓄热、放热以及蓄热-放热耦合模式下土壤热平衡问题,探讨了流体入口流速、温度、土壤类型和热泵运行模式等因素对土壤温度场的影响。研究结果表明:热作用半径随蓄热时间的增加而增大且逐渐趋于平缓,热泵运行25和28 d后,热作用半径分别为3.3和3.4 m;流体入口温度对热作用半径及单位管长换热量影响较大但流体流速影响较小,流体入口温度和速度分别为40、60℃和0.6、1.2 m/s时,对应热作用半径分别为3.7、4.5和3.5、3.6 m。合理的间歇运行模式对换热量及埋管周围土壤温度的恢复均有改善;土壤导热系数越大土壤温度恢复时间与效果越佳,土壤导热系数为3.1 W/(m?K)时恢复后温度为9.3℃(土壤初温9.5℃)。此外,蓄热-放热耦合模式下换热量不等对土壤热平衡具有较大影响。试验验证表明,所建模型具有一定的准确性其相对最大误差为5.35%。 相似文献
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蛋白质变性能够较广泛地表征烹饪加热品质变化,因而寻找到一种z值为7.36℃的耐高温α-淀粉酶,与蛋白质热变性z值5~10℃相近。以该酶溶液为指示剂,在玻璃毛细管中封装后置入烹饪耐受性高的、特定形状的魔芋凝胶(g-KGM)载体,从而构建了烹饪研究用时间温度积分器(time temperature integrators,TTIs)装置。随后,在模拟烹饪过程而设定的对流传热条件下,通过传热学试验结合非稳态传热以及酶失活动力学数学模型计算得到剩余酶活,与TTIs装置指示剂酶活实测值比较,两者误差小于2.24%。进一步,应用该TTIs装置测定了实际烹饪爆炒过程的表面换热系数。所构建的TTIs装置,结合数值模拟,可以分析测量常规试验传热学方法无法应用的激烈烹饪中流体-颗粒的传热过程,也可应用于其他领域的移动颗粒传热学研究。 相似文献