摘要
从低碳发展的角度来看，多能耦合技术在近零能耗建筑中的集成应用，有望实现净零能耗的目标。本文将PVT、空气源、地源有机结合，建立了多能耦合系统实验平台，实现多种能源的灵活切换。采用层次分析和模糊综合评价法，从能源、经济和环境效益三个方面对多能耦合系统的五种运行模式进行综合评价。结果表明，PVT腔体的余热可使热泵机组的性能系数提高约8.0%。空气源热泵类型的初始投资低于集中供热。地源热泵模式稳定性较高，投资回收期为8.81~10.66年。PVT-双源热泵模式是最适合严寒地区近零能耗建筑中应用的系统，随后依次是双源热泵模式、地源热泵模式、空气源热泵模式、PVT-空气源热泵模式。与其他模式相比，PVT-双源热泵模式的COP、年节约成本、碳减排和综合值分别提高了7.07%~29.57%、2.21%~23.88%、3.38%~14.83%和27.91~52.62%。该研究为严寒地区近零能耗建筑多能耦合系统的实际应用和可持续发展提供了重要见解。
关键词：多能耦合、光伏热泵、近零能耗建筑、综合评价
据统计，建筑能耗几乎占全球总能耗的40%。在建筑能源领域，热泵被用于满足住宅、商业和工业建筑的采暖、制冷和空调需求。然而空气源热泵在严寒地区低温条件下存在结霜问题，土壤源热泵长时间使用后存在热失衡问题。因此，PVT与热泵耦合供热是解决单一热泵运行不稳定性的有效方法。本研究建立了多能耦合系统的实验平台，通过实验平台测试了五种运行模式下的运行效果，进而构建数值模型分析各个运行模式下的技术-经济-环境效益。
（1）建立了多能耦合系统实验平台、分析了各运行模式实验数据
(2) 多能耦合系统的技术-经济-环境效益分析
(3) 基于层次分析和模糊综合评价的分析方法
本研究基于多能互补的理念，建立了一套能满足建筑热需求的多能耦合系统实验平台。该系统可实现空气源热泵、PVT-空气源热泵、土壤源热泵、双源热泵、PVT-双源热泵五种运行模式。通过实验数据和数值模拟，分析各种运行模式下的长周期运行特性。在此基础上，提出了层次分析和模糊综合评价法，从能源、经济和环境效益三个方面对五种运行模式进行综合评价，确定了各系统在严寒地区近零能耗建筑应用的适宜性。
作者
Lei Zhang, Guohui Feng*, Ainong Li, Kailiang Huang, Shasha Chang
School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China
第一作者为沈阳建筑大学供热、供燃气、通风及空调工程专业的博士生张磊，通讯作者为沈阳建筑大学市政与环境工程学院教授冯国会，共同作者包括课题组教授黄凯良、讲师常莎莎和博士李艾浓。本课题组主要从事相变储能理论与技术、零能零碳建筑、可再生能源耦合采暖技术、人工环境安全与健康等方面的研究与实践。
Zhang L, Feng G, Li A, et al. (2023). Comprehensive evaluation and analysis of a nearly zero-energy building heating system using a multi-source heat pump in severe cold region. Building Simulation, 16: 1949-1970.
https://doi.org/10.1007/s12273-023-0990-8
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多能耦合供暖系统在严寒地区近零能耗建筑中的综合评价与分析
期刊介绍
Building Simulation 2008年创刊，是世界上第一本有关建筑模拟领域最新研究成果的英文学术期刊，跨多种学科领域，涉及建筑技术、土木工程、建筑学、环境工程、能源及动力工程等，致力于为中外同行提供一个高水平的学术交流平台。被SCI、EI Compendex、Scopus、CSCD等数据库收录。2023年SCI影响因子5.5，在JCR两个学科领域均位于Q1区；位于中科院期刊分区，工程技术类1区。
