地源热泵-辐射末端空调系统与建筑热环境协同优化研究

The air conditioning system ground coupled heat pump and radiation terminal system is a typical dynamic open system which is time delay, time-varying, nonlinear, multivariable and strong coupling among variables. Based on the current insufficient in the system optimization which only conduct analysis of the air conditioning system itself, this project proposes a new global optimization method on air conditioning system with its service system，namely, collaborative optimization method of the ground source heat pump system and radiation terminal and thermal environment in buildings under the random load from the view of system theory point. The system coordination optimization model and compound experiment device will be established based on the data fusion technology and fuzzy optimization method and the model will be validated and optimized by long term field data. The study will reveal the coupling mechanism among ground source heat pump system, building environment and soil. Study parameters of building thermal environment and operating parameter optimization value of ground source heat pump system. Solve collaborative optimization problem of ground source heat pump air conditioning system and thermal environment in buildings under random load demand.The study will make the realization of shift of analysis object from air conditioning system to while system including air conditioning system and its environment and the transformation of common technical and economic analysis method to data fusion technology and fuzzy optimization method. The study will provide solid scientific basis and technical support for the reliable and efficient application of ground source heat pump in the control of thermal environment in buildings.

地埋管地源热泵与辐射末端结合空调系统是典型时滞、时变、非线性、多变量且变量之间强耦合的复杂系统。针对目前仅从空调系统孤立分析的不足，从系统论角度出发，提出一种新的空调系统与其服务对象整体优化方法—随机条件下地源热泵—辐射末端空调系统与建筑热环境协同优化方法。兼顾空调系统经济性与环境热舒适性，建立基于数据融合技术与模糊优化方法的空调系统与建筑热环境协同优化模型及地源热泵空调实验系统，采用实际工程长期监测数据验证及优化模型。研究并揭示地源热泵系统、土壤、气候及建筑热环境的耦合影响机理。研究获得空调系统的运行参数及建筑热环境参数优化值，解决随机负荷需求下地源热泵空调系统与建筑热环境的整体优化问题。实现研究对象从空调系统向包括空调系统与环境的更大系统延伸，研究方法从常用的技术经济比较方法向数据融合技术结合模糊优化方法的发展。为地源热泵空调系统可靠高效应用于建筑热环境控制提供坚实的理论基础。

地埋管地源热泵与辐射末端结合空调系统是典型时滞、时变、非线性、多变量且变量之间强耦合的复杂系统。本项目提出了一种随机条件下的地源热泵—辐射末端空调系统与建筑热环境协同优化方法。兼顾空调系统经济性与环境热舒适性，建立了地源热泵空调系统与建筑热环境协同优化模型及地源热泵实验系统，采用实际工程长期监测数据验证及优化模型。揭示地源热泵系统、土壤、气候及建筑热环境耦合影响机理。获得了系统运行参数及建筑热环境参数优化值。.建立了一种表征不同于周边土壤的桩基热特性的复合分析模型及一种适用于大直径桩埋管换热器的二维解析模型，比现有模型精度更高，弥补了当前桩埋管传热模型的不足。.提出一种将RSM（响应曲面）模型与NSGA-II算法耦合的协同优化算法，从经济性、系统能耗及室内舒适性方面对地源热泵—辐射末端空调系统进行综合评价，得到系统的Pareto优化解集，对其筛选与决策，使系统在保证室内舒适性的同时可降低17.8%的运行费。提出一种逐时负荷预测方法并与基于LSTM（长期与短期记忆方法）网络的逐日负荷方法结合，获得基于模型预测的控制运行策略。建立改进的地源热泵-蓄能空调系统，配合预测控制策略可实现双重节能—系统蓄能部分的“精确蓄能”与供能部分的“精确供能”。与常规地源热泵系统相比，夏、冬季分别可降低21.3%和25.1%运行费。对地源热泵系统进行能分析和㶲分析，获得变风量、变流量系统最优温度组合。依据数据挖掘模型分析地源热泵系统短期测评结果与长期性能预测结果关系，发现若短期测评天数得到保证，可用短期测评结果代替长期性能预测。提出燃气冷热电三联供与地源热泵深度耦合系统（深度耦合系统），提高了系统效率。分析了辐射末端表面温度、供水温度等参数对辐射末端供冷能力的影响，得到较低的供水温度更有利，最佳供水速度约为0.11m/s。.本项目为地源热泵空调系统在建筑热环境控制方面的部分应用提供了坚实的理论基础和技术支撑。有利于地源热泵技术的进一步推广及节能减排的发展。