一种基于模式切换控制策略的混合地源热泵-生活热水系统的 techno-经济与环境分析 谢一伟（Xie Yiwei） 辛展帆（Xin Zhanfan） 严雷（Yan Lei） 彭东根（Peng Donggen）

《Energies》：Techno-Economic and Environmental Analysis of a Hybrid Ground Source Heat Pump–Domestic Hot Water System with a Mode-Switching-Based Control Strategy Yiwei Xie, Zhanfan Xin, Lei Yan and Donggen Peng

　　

摘要

为了解决在以制冷为主的应用地区中，传统地源热泵（GSHP）系统因土壤持续热积累而导致的性能下降问题，本文提出了一种混合式地源热泵-生活热水系统（HGSHP-DHW），并配套相应的模式切换控制策略。该系统中的制冷、供暖和生活热水用热泵共享同一个地热交换器（GHE）。根据控制策略的信号，系统会调整地源/侧环路的配置，以满足不同季节的能源需求。选择平均土壤温度升高幅度、热泵装置的性能系数（COP）、系统性能因子（SPF）、生命周期气候性能（LCCP）和净现值（NPV）作为15年运行期间的综合评估指标。同时，还与传统的系统进行了对比分析，这些传统系统包括冷水机组-锅炉（CB）、冷却塔耦合式混合地源热泵（CT-HGSHP）以及仅使用空气源热泵（ASHP）提供生活热水的GSHP。到第15年时，HGSHP-DHW系统的平均土壤温度升高幅度为4.94°C，减少了55.5%，有效缓解了土壤热积累问题。在能源效率方面，其系统性能因子（SPF）达到了3.79，提高了70.8%，同时能耗（P_ac）降低了43%，实现了高效节能的运行。从环境性能来看，其生命周期气候性能（LCCP）为2,435,587千克二氧化碳（kgCO₂），碳排放减少了38.8%，显示出显著的减排效果。在经济回报方面，净现值（NPV）为644,867元人民币，表明该投资具有可行性。