基于粒子群算法的土壤源热泵系统优化

【摘要】： 土壤源热泵系统是一种可再生能源的利用形式，能够有效缓解建筑能耗与大气污染问题。土壤源热泵系统的运行效率是决定其节能效果的重要因素，其运行效果不仅与地下埋管有关，而且与热泵机组及房间的负荷特性密切相关。确定埋管换热器、热泵机组和建筑负荷三者之间合理的匹配方案，对热泵系统达到更高的节能性和经济性来说至关重要。因此，本文引入优化设计思想，对土壤源热泵系统整体优化设计方法进行全面的研究。 本研究组建了由土壤蓄热系统模拟模型、热泵机组模型和建筑模型三部分组成的土壤源热泵系统模型，并利用大连理工大学已建成的土壤源热泵系统实验台验证了模型的准确性。将正交试验设计方法引入系统影响因素分析中，利用所建模型对北京一栋小型办公建筑进行模拟，探讨埋管换热器中各因素对土壤源热泵系统运行效果影响的显著性，通过直观分析和方差分析得到埋管总长度和管间距是影响土壤源热泵系统运行的主要因素。 本文引入粒子群优化算法，根据土壤源热泵系统设计参数特点，建立离散变量的粒子群优化算法的数学模型。讨论了埋管换热器优化变量和热泵系统型式优化变量，确定优化变量的选取原则。同时，以费用年值最低为目标函数，构建了土壤源热泵系统优化平台，提出了其优化方法，并对大连市某疗养院改建工程进行土壤源热泵系统的优化设计。结果表明，该工程中优化设计得到的设计方案初投资增加12.54万元，但由于系统运行效率高，每年的运行费用降低2.17万元，每年节约能源27.1MWh。通过优化设计有效的开发了土壤源热泵系统的节能潜力，提高了经济效果。 本研究将正交试验设计方法和粒子群优化算法应用到土壤源热泵系统优化设计领域，解决了土壤源热泵系统优化设计问题，提出了以费用年值最低为目标的土壤源热泵系统优化设计方法，构建了适合广泛应用的土壤源热泵系统优化平台，对土壤源热泵系统设计具有一定的指导意义。