[发明专利]一种地源热泵的高效的逐时数值模拟方法

权利要求书

1.一种地源热泵的高效的逐时数值模拟方法，其特征在于：包括如下内容：

一、建立单孔和孔群地下换热器统一的数值传热模型：地下换热器采用统一的柱坐标下的一维数值模型：模型中换热孔壁设置为变热流边界；换热孔远边界设置为绝热边界；从孔壁到远边界均匀划分计算网格，对节点应用能量守恒原理建立离散方程，离散节点之间的连接关系用热网络表示，每个节点具有热容，节点之间用热阻连接；

二、热泵与地下换热器的耦合模拟计算：

步骤一、读取当前时步的建筑负荷；

步骤二、判断建筑负荷是否为零：若是，则采用数值模型计算土壤温度，然后进入步骤十；若否，则进入步骤三；

步骤三、假设热泵机组性能系数EER/COP；

步骤四、计算地下换热器热量；

步骤五、采用数值模型计算土壤温度；

步骤六、计算进出口水温；

步骤七、根据进出口水温重新计算EER/COP；

步骤八、判断步骤七与步骤三的EER/COP的误差是否在设定精度内：若否，则用步骤七计算出的EER/COP代替步骤三假设的EER/COP，然后返回步骤四；若是，则进入步骤九；

步骤九、计算水泵、风机、热泵能耗；

步骤十、利用计算出的土壤温度更新土壤初始温度，为下一时步的计算做准备。

2.根据权利要求1所述的一种地源热泵的高效的逐时数值模拟方法，其特征在于：对于单孔换热器，远边界半径取5m-10m，对于多孔换热器，远边界半径取两孔间距的一半。

3.根据权利要求1所述的一种地源热泵的高效的逐时数值模拟方法，其特征在于：所述节点包括孔壁节点、内部节点和远边界节点，其中：

(1)孔壁节点建模方法为：

Tbj=T1j=QjΔtρscsV1+a1,eT2j-1+B1T1j-1]]>

其中：

a1,e=ΔtρscsV1R1,e]]>

V₁＝2πr_b△rL/2

R1,e=Δr2π(rb+Δr/2)Lλs]]>

B₁＝1-a_1,e

Δr=r∞-rbM-1]]>

(2)内部节点建模方法为：

Tij=ai,wTi-1j-1+ai,eTi+1j-1+BiTij-1]]>

其中：

ai,w=ΔtρscsViRi,w]]>

ai,e=ΔtρscsViRi,e]]>

V_i＝2πr_i△rL

B_i＝1-a_i,w-a_i,e

Ri,e=Δr2π(ri+Δr/2)Lλs]]>

Ri,w=Δr2π(ri-Δr/2)Lλs]]>

(3)远边界节点建模方法为：

TMj=aM,wTM-1j-1+BMTMj-1]]>

其中：

aM,w=ΔtρscsVMRM,w]]>

V_M＝2πr_∞△rL/2

RM,w=Δr2π(r∞-Δr/2)Lλs]]>

B_M＝1-a_M,w

上式中：Q^j表示j时步施加在孔壁上的总热量，单位为W，向土壤放热为正，从土壤吸热为负；△t是时间步长，单位为s；V_i是控制体i的体积，单位为m³；△r是空间步长，单位为m；r_b是孔壁半径，单位为m；r_i是第i个节点的半径，单位为m；r_∞是远边界半径，单位为m；L是钻孔深度，单位m；ρ_s是土壤密度，单位为kg/m³；λ_s是土壤导热系数，单位为W/(m·℃)；c_s是土壤比热，单位为J/(kg·℃)；表示第j时刻的孔壁温度，b表示孔壁；T_i^j表示第j时刻的第i个节点的温度，i表示计算节点的编号；表示第j时刻的第M个节点的温度，M表示计算区域最大节点编号。