寒冷地区PV/T耦合地源热泵跨季蓄能系统全年运行分析

吕雪平; 于涛; 宋恩强; 李向东; 庄兆意

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250321001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

寒冷地区PV/T耦合地源热泵跨季蓄能系统全年运行分析

更新时间：2025-11-07

- 寒冷地区PV/T耦合地源热泵跨季蓄能系统全年运行分析
- Annual Operation Analysis of a PV/T-Coupled Ground-Source Heat Pump System with Cross-Season Heat Storage in Cold Regions
- 制冷学报 2025年页码：1-7
- 作者机构：
  
  1.山东建筑大学热能工程学院济南 250101
  2. 山东万邦科技发展集团有限公司济南 250100
  3. 山东省建筑设计研究院有限公司济南 250001
- 作者简介：
  
  于涛，女，副教授，山东建筑大学热能工程学院，15966320777，E-mail：hgdyutao@sina.com。研究方向：可再生能源建筑利用技术。
- 基金信息：
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250321001
  中图分类号： TK513.5;TK529;TU83
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250321001
- 收稿：2025-03-21，
  
  修回：2025-04-17，
  
  录用：2025-04-24，
  
  网络出版：2025-11-07，
- 稿件说明：
移动端阅览
吕雪平,于涛,宋恩强等.寒冷地区PV/T耦合地源热泵跨季蓄能系统全年运行分析[J].制冷学报,

Lü Xueping,Yu Tao,Song Enqiang,et al.Annual Operation Analysis of a PV/T-Coupled Ground-Source Heat Pump System with Cross-Season Heat Storage in Cold Regions[J].Journal of Refrigeration,
吕雪平,于涛,宋恩强等.寒冷地区PV/T耦合地源热泵跨季蓄能系统全年运行分析[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250321001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250321001.

Lü Xueping,Yu Tao,Song Enqiang,et al.Annual Operation Analysis of a PV/T-Coupled Ground-Source Heat Pump System with Cross-Season Heat Storage in Cold Regions[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250321001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250321001.

摘要

基于济南市某办公建筑的PV/T耦合地源热泵跨季蓄能系统，将实测与TRNSYS仿真和GeoStar模拟相结合，探讨耦合系统的全年运行特性，对比分析耦合系统与单一地源热泵系统运行10年的地温和能效变化。结果表明：耦合系统制冷季与供暖季综合能效比均高于1.5，最高可达2.21；可再生能源分数在过渡季表现最佳，4月可达0.9；夏季，PV/T余热的注入对热泵性能存在抑制，热泵平均COP比冬季降低10.5%，综合能效比冬季低4.97%。运行10年，耦合系统土壤温度下降0.13 ℃，综合能效比由1.24降至1.22，可再生热分数从0.459降至0.443；单一地源热泵系统的土壤温度下降0.7 ℃，综合能效比由1.195降至1.15。PV/T耦合地源热泵系统通过“夏蓄冬用”实现了土壤热平衡调控与冷热电协同优化，为寒冷地区提供了高效可持续的清洁能源解决方案。

Abstract

The annual operating characteristics of a photovoltaic/thermal （PV/T）-coupled ground-source heat-pump （GSHP） system with cross-season heat storage for an office building in Jinan were investigated via on-site testing combined with TRNSYS and Geostar simulations. For a ten-year operation period， the ground temperature and energy efficiency of the coupled and single GSHP systems were compared and analyzed. The results showed that the integrated energy efficiency ratio （IEER） of the coupled system exceeded 1.5 during the heating/cooling seasons， peaking at 2.21. The renewable energy fraction contributed by the PV/T components was highest during the transition season， peaking at 0.9 in April. In summer， the injection of PV/T heat inhibited the performance of the heat pumps， and the coefficient of performance （COP） was 10.5% lower and the IEER 4.97% lower than in winter. Over the ten-year operation period， for the coupled system， the soil temperature decreased by 0.13 ℃， IEER decreased from 1.24 to 1.22， and the renewable heat fraction decreased from 0.459 to 0.443； for single GSHP system， in contrast， the soil temperature decreased by 0.7 ℃ and the IEER decreased from 1.195 to 1.15. The PV/T-coupled ground source heat pump system achieved soil thermal balance regulation and coordinated optimization of cooling， heating， and power， thus providing an efficient and sustainable clean energy solution for cold regions.

关键词

Keywords

references

ZHONG Hai ， WANG Jiajun ， JIA Hongjie ， et al . Vector field-based support vector regression for building energy consumption prediction ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 242 ： 403 - 414 .

电力规划设计总院 . 中国能源发展报告［R］. 北京：人民日报出版社， 2023 . （China Electric Power Planning & Engineering Institute. Report on China energy development［R］. Beijing： People's Daily ， 2023.

马晓丰 . 太阳能光伏光热—热泵系统动态模拟及优化研究［D］. 青岛：青岛理工大学， 2018 .

MA Xiaofeng . Dynamic simulation and optimization of solar photovoltaic photothermal heat pump system ［D］. Qingdao ： Qingdao University of Technology ， 2018 .

BERTRAM E ， GLEMBIN J ， ROCKENDORF G . Unglazed PVT collectors as additional heat source in heat pump systems with borehole heat exchanger ［J］. Energy Procedia ， 2012 ， 30 ： 414 - 423 .

王海涛，张季，胡宁，等 . 光伏-土壤源热泵制热工况综合性能［J］. 太阳能学报， 2023 ， 44 （ 8 ）： 195 - 202 .

WANG Haitao ， ZHANG Ji ， HU Ning ， et al . Comprehensive performance of pv/t-gchps under heating conditions ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2023 ， 44 （ 8 ）： 195 - 202 .

刘仙萍，雷豫豪，田东，等 . 夏热冬冷地区太阳能光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能模拟［J］. 中南大学学报（自然科学版）， 2021 ， 52 （ 6 ）： 1892 - 1900 .

LIU Xianping ， LEI Yuhao ， TIAN Dong ， et al . Numerical simulation for performance of solar photovoltaic/thermal-ground source heat pump hybrid heating system in hot summer and cold winter zone ［J］. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2021 ， 52 （ 6 ）： 1892 - 1900 .

ABU-RUMMAN M ， HAMDAN M ， AYADI O . Performance enhancement of a photovoltaic thermal （PVT） and ground-source heat pump system ［J］. Geothermics ， 2020 ， 85 ： 101809 .

张俊，刘杰，陈安娟，等 . 基于TRNSYS的太阳能-土壤源热泵联合供暖系统特性分析［J］. 青岛理工大学学报， 2022 ， 43 （ 3 ）： 121 - 127 .

ZHANG Jun ， LIU Jie ， CHEN Anjuan ， et al . Characteristic analysis of combined heating system of solar-soil source heat pump based on TRNSYS ［J］. Journal of Qingdao University of Technology ， 2022 ， 43 （ 3 ）： 121 - 127 .

GURLER T ， ELMER T ， CUI Y ， et al . Experimental investigation of a novel PVt/heat pump system for energy-efficient poultry houses ［J］. International Journal of Low-Carbon Technologies ， 2018 ， 13 （ 4 ）： 404 - 413 .

QIU Guodong ， LI Kuangfu ， CAI Weihua ， et al . Optimization of an integrated system including a photovoltaic/thermal system and a ground source heat pump system for building energy supply in cold areas ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 349 ： 121698 .

POURIER C ， BELTRÁN F ， SOMMERFELDT N . Solar photovoltaic/thermal （PVT） technology collectors and free cooling in ground source heat pump systems ［J］. Solar Energy Advances ， 2024 ， 4 ： 100050 .

郭一村 . 耦合地源热泵和PVT的三联供系统优化［D］. 北京：华北电力大学， 2023 .

GUO Yicun . Optimization of triple supply system coupling ground source heat pump and PVT ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2023 .

住近零能耗建筑技术标准： GB/T 51350—2019 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2019 .

Technical standard for nearly zero energy buildings ： GB/T 51350—2019 ［S］. Beijing ： China Architecture & Building Press ， 2019 .

SAKELLARIOU E I ， AXAOPOULOS P J . Energy performance indexes for solar assisted ground source heat pump systems with photovoltaic-thermal collectors ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 272 ： 115241 .

车雨晴，陈怡，于涛，等 . 相变蓄热太阳能热泵系统动态仿真研究［J］. 节能， 2024 ， 43 （ 10 ）： 13 - 16 .

CHE Yuqing ， CHEN Yi ， YU Tao ， et al . Study on dynamic simulation of phase change thermal storage solar heat pump system ［J］. Energy Conservation ， 2024 ， 43 （ 10 ）： 13 - 16 .

田鹏 . 热带草原气候区空调系统方案优化分析［D］. 济南：山东建筑大学， 2022 .

TIAN Peng . Optimization analysis of air conditioning system scheme in tropical grassland climate zone ［D］. Jinan ： Shandong Jianzhu University ， 2022 .

浏览量

298

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

地源热泵岩土导热系数测试影响因素分析

垂直U形管内含油制冷剂流动的数值分析

三维与二维结合地源热泵地下换热器复合数值模型