[发明专利]基于TRNSYS的长短期耦合蓄热太阳能供暖系统模型及建模方法

说明书

本发明属于跨季节蓄热供暖系统建模仿真技术领域，一种基于TRNSYS的长短期耦合蓄热太阳能供暖系统模型及建模方法。该模型包括气象参数部分；太阳能集热器部分；短期蓄热水箱部分；长期蓄热水池部分；土壤温度部分；温差控制器部分；水源热泵部分；供暖换热器部分；供暖负荷部分；水泵与阀门部分；系统运行控制部分；结果输出部分。同时提供了上述长短期耦合蓄热太阳能供暖系统模型的建模方法。本发明利用TRNSYS软件，设计了长短期耦合蓄热太阳能供暖系统模型，模型的模拟结果与系统的实际运行情况吻合良好，充分展示了系统运行的具体情况，为长短期耦合蓄热太阳能供暖系统的设计、优化以及评估提供了有力的依据。

技术领域

本发明涉及跨季节蓄热太阳能供暖系统建模仿真技术领域，具体地说，涉及的是一种基于TRNSYS的长短期耦合蓄热太阳能供暖系统模型及建模方法。

背景技术

太阳能跨季节蓄热是解决太阳能集中供暖资源季节不平衡性问题的有效技术途径之一，具有明显的节能效益和环保效益。水池蓄热是工程中常用的太阳能跨季节蓄热方式，具有对地质条件要求小、蓄热密度高、施工简单、维护成本少等优点。长短期耦合蓄热太阳能供暖系统将长期蓄热水池与短期蓄热水箱先后单独作为供暖热源向用户供暖。该系统在供暖末期长期蓄热水池供水温度较低时，由短期蓄热水箱向用户供暖，使太阳能供暖系统的供水温度维持在较高范围，从而提高系统能源利用率和太阳能保证率。但是，在实际工程中，长短期耦合蓄热太阳能供暖系统规模一般较大，原型实验困难较大且相对于仿真耗时长、费用高，因此，目前缺少实际运行数据，导致该系统的优化设计和性能预测都具有一定困难。利用模拟进行不同工况、不同部件参数的多次实验，有助于解决长短期耦合蓄热系统在优化设计和性能分析的问题。

TRNSYS是一个由威斯康星大学的太阳能研究室设计的瞬态仿真系统，它可以模拟多种系统包括：太阳能光热系统，蓄热蓄冷系统、水源热泵系统等。使用者可通过选择其中设定好的众多部件型号进行系统搭建，根据需要建立连接以及编写控制方程。其计算方式灵活，可任意设定运算步长、运行时间等并输出图形和数据两种形式结果；TRNSYS还可以与Energyplus、Matlab等建立链接，方便用户进行数据交换。

经对现有技术的公开文献检索发现，张广宇等人在《暖通空调》中发表文章“太阳能季节蓄热供暖系统蓄热水箱的研究与模拟计算”，应用TRNSYS对跨季节埋地水箱蓄热系统的长期运行特性进行模拟，分析了系统能量平衡关系，以散热率和散热量为目标函数对系统的外保温层厚度和水箱容积进行优化设计；Peter在《Energy》上发表文章“Simulation method for a pit seasonal thermal energy storage system with aheat pump in a district heating system”，针对Dronninglund地区实际运行的以水源热泵为辅助热源的跨季节水池蓄热系统提出了模型建立方法，模拟了全年时间内该系统的运行性能，包括逐时水池顶部水温、底部水温以及热量损失，通过实测数据验证得出模拟结果与实际运行情况相符合。上述文章都利用TRNSYS软件对跨季节太阳能蓄热系统进行了模拟分析，但一方面缺乏在用户热负荷动态变化条件下系统供热量的运行调节；另一方面系统形式局限于单一蓄热水池系统，缺乏针对长期和短期耦合蓄热的模拟工况。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于TRNSYS的长短期耦合蓄热太阳能供暖系统及建模方法，根据长期蓄热水池或短期蓄热水箱出口水温选择不同的蓄热和供暖方式，并根据动态建筑热负荷调节供热量，以提高系统太阳能利用率和保证率。

本发明利用TRNSYS软件进行逐时仿真，为长短期耦合蓄热工况下的太阳能供暖系统的设计、优化提供依据。

本发明的技术方案：

一种基于TRNSYS的长短期耦合蓄热太阳能供暖系统模型，包括集热子系统、储热子系统、供暖子系统和控制系统；

(1)集热子系统包括：气象参数部分和集热器部分；