科创中国

新能源产业,生物质能及其他新能源产业

本技术成果主要涵盖两方面内容： 1）目前大型土壤源热泵独立供能系统地下能量热堆积问题突出，影响地源热泵长期安全稳定运行。项目组构建了大型土壤源热泵系统地埋换热器管群模型与求解方法，并结合大量工程应用数据，详细分析了大型土壤源热泵系统地下能量堆积效应与地温变化特性，发现了独立供能系统实际运行中运行时间特征及平稳性特征等负荷不平衡度问题，并针对性地提出了地下源头能量补偿技术及工艺实现方法，彻底解决了目前大型土壤源热泵供能系统地下能量热堆积效应突出问题。 2）针对大型土壤源热泵独立供能系统地下换热器管群布置不合理、管路水力失调严重等问题，在地埋换热器管群模型与求解方法理论研究基础上，开展了大型地埋换热器管群布管分析、垂直地埋管系统水力优化目标研究、地埋管系统中分集水器的配管研究、基于场地有限条件下的布管优化研究及地埋换热器流速对管群水力自平衡影响研究等工作，综合形成了大型地埋换热器管群优化及水力自平衡设计技术。

发明了大型土壤源热泵系统地埋换热器管群模型与求解方法：以传热学基本知识、能量守恒定律、脉冲以及叠加理论等为理论依据，构建钻孔内和钻孔外三维模型并求解，建立了管群变热流密度长期运行模型数学模型，应用虚拟热源法处理土壤边界条件，进行长期运行工况求解计算，并提出了土壤代表平面与土壤累积代表温度，该指标比平均土壤温度更能有效和直接反应土壤温度对地埋管能效的影响。该方法大幅度提高了地埋换热器管群热堆积效应模拟计算精度和效率，模拟计算误差可控制在10%以内，模拟计算效率相比常规方法提升20%以上。提出了源头能量补偿优化设计关键技术：源头能量补偿技术主要涵盖机组冷凝热回收补偿技术、辅助冷却塔散热平衡技术、地埋换热器间歇时间运行技术及地埋换热器分区运行技术等四种技术形式。该技术是对传统地下能量补偿技术的显著改进,大幅度的缓解了地下能量堆积效应，保障了地源热泵长期安全稳定运行。形成了大型地埋换热器管群优化及水力自平衡设计关键技术：通过地埋换热器管群优化及水力自平衡设计技术，结合管路水力平衡计算优化技术，实现地埋换热器管水力平衡失调率控制在10%以内，大大降低了土壤源热泵系统地埋管水量平衡调试难度。

研究团队由多家科研院所、高校及高新企业核心研发人员组成，一直致力于可再生能源技术开发应用，承担了国家自然科学基金课题“建筑复合能源品位互补与协同调控机制研究”、住建部科技计划项目“建筑复合能源系统集成优化设计成套应用技术研究”、国家重点研发计划：既有公共建筑机电系统高效供能与能效提升改造关键技术体系研究、科学基金面上项目：地表水热能资源化对水体环境的影响与对策研究及水源热泵利用对地表水体热污染评价及对策研究等相关课题，在可再生能源高效供能领域有丰富的科研积累和设计实践经验。团队成员主编参编了北京市地方标准《建筑新能源设计规范》（DB11/T1774-2020）、国家标准《水源热泵机组》（GB/T19409-2003）、专业图集《污水源热泵系统设计与安装》（12K512 12R116）及地方标准《地表水水源热泵系统设计标准》（DBJ50-115-2010）等，取得相关发明专利及实用新型专利24项。近几年设计完成了上百项可再生能源应用工程，部分项目取得了国家三星级绿色建筑标识、德国被动房PHI认证和德国DGNB铂金级认证等，获得了多项北京市优秀工程勘察设计奖、全国绿色建筑创等奖项。

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