基于TRNSYS軟件的日光溫室空氣源熱泵-地埋管系統仿真與優化

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2025）05-1273-13

0 引言

【研究意義】溫室農業在冬季生產中普遍面臨加溫能耗高的問題，傳統加溫設備主要依賴能源燃燒，會消耗不可再生能源，使得成本增加[1-3]。在新疆戈壁沙漠區尤為突出，戈壁沙漠區晝間室內最高溫可達 30% ，遠超茄果類作物適生溫區閾值（ （10～25^°C）^[4-6] ，但夜間溫度驟降時的室內熱環境難以維持。因此，將晝間室內冗余熱量轉化為夜間室內供暖資源，是突破溫室能耗瓶頸的關鍵。近年來，隨著熱泵集熱技術和地埋管蓄熱技術的成熟，空氣源熱泵-地埋管（AirSource Heat Pump - Underground Pipe，ASHP -UP）系統為日光溫室供暖提供了新思路[7]。該系統通過日間主動吸收溫室內部富余熱量，經地埋管蓄熱系統進行熱量儲存，在夜間通過逆循環將儲存熱量釋放至溫室空間。該種日間蓄熱、夜間放熱的運作模式有效緩解了傳統供暖系統的能量時空錯配問題[7.8]。因此，通過優化ASHP－UP系統在組裝式日光溫室中的運行參數，探索系統高效供暖模式，對保障作物生長熱環境需求和降低溫室越冬生產能耗具有重要意義。【前人研究進展】ASHP-UP系統的研究已經取得一定進展。Marsh 和 TONG[9，10]的研究驗證了ASHP 應用于溫室加溫，能滿足作物生長，且溫室內部氣溫分布更均勻。Bot 和 Amirira[1，2]的研究進一步表明，ASHP相較于傳統電加熱系統在節能方面具有明顯優勢，實際加溫試驗中節能率為 46.3% ，但在極端寒冷的氣候條件下，節能率降低至 21.3% 。將空氣源熱泵集熱技術與地埋管蓄熱技術耦合，構建了空氣源熱泵與地埋管復合系統。李科宏[3利用TRNSYS軟件建立了該系統的模型，模擬結果顯示，在連續運行10年后，聯合蓄熱系統能有效解決土壤熱失衡問題，土壤平均僅溫度降低 0.15^°C ，降幅為 1.0% 。賈宋楠14通過地埋管水循環散熱直接對溫室土壤進行加溫，發現最佳地埋深度為 10cm 左右。郭智勇[15和甄琦[的研究進一步驗證了不同的埋深度和底部保溫對土壤溫度的影響，發現 50cm 深度的地埋管具有最佳的換熱效果。鮑玲玲[17-18]和崔軍艷[19]的仿真模擬試驗表明，復合系統的COP比單一ASHP系統高 1.0～2.0 ，且成本顯著低于添加蓄熱水箱的系統。【本研究切人點】盡管ASHP-UP系統在溫室供暖中的應用已取得一定成果，但在戈壁、沙漠地區組裝式日光溫室中的實踐仍面臨兩大難題：一是室內作物生長緩慢甚至發生凍害；二是系統能耗過高。問題源于系統運行參數與溫室熱需求的失衡：當參數設置不足時，無法補償溫室熱損失，導致室內熱環境波動，影響作物生長；當參數設置過高時，超出實際熱需求，造成能源浪費。因此，該技術在新疆戈壁沙漠等特殊氣候環境的應用更加依賴于對系統參數的精確控制。【擬解決的關鍵問題】采用模擬、實測和驗證相結合的方法，解析空氣源熱泵額定制熱量、循環泵流量和蓄熱時間三個因素對系統蓄熱量、能耗和土壤溫度的顯著性互作關系，探索系統在最優工況下的關鍵參數，驗證ASHP-UP系統在冬季供暖中的可行性，為新疆戈壁、沙漠地區冬季溫室供暖提供科學依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1材料

試驗地位于新疆喀什地區麥蓋提縣庫木庫薩爾鄉現代農業產業園 （N38^°75^′，E77^°88^′） 。試驗：2023年12月1日至2024年2月29日。試驗在長 100m ，跨度 12m 的組裝式溫室中進行，溫室內安裝ASHP-UP。系統由空氣源熱泵、地埋管、水泵、補水箱和控制模塊組成。其中，空氣源熱泵選用AW-5CR型號（頓漢布什工業有限公司）；循環水泵選用 YE2-90S-2 型號（中國寧夏才運達機電泵業有限公司），水管選用PVC水管，補水箱選用圓柱形不銹鋼保溫水箱。表1，圖1

圖1 組裝式日光溫室ASHP-UP系統 Fig.1ASHP-UP Thermal Storage System insolargreenhouse

表1設備參數

Tab.1 Equipment Parameters

ASHP-UP系統的運行原理是日間利用空氣源熱泵收集室內空氣中富余熱能，通過地埋管將熱能儲存在土壤中，并于夜間將存儲熱能緩慢釋放，保證作物生長。ASHP-UP系統有2種運行模式：蓄熱模式和放熱模式。在蓄熱模式下，當溫室內的氣溫超過設定的啟動溫度 25^°C 時，系統啟動蓄熱模式。此時，系統會將溫室空氣中的富余空氣熱能收集到熱泵機組的載熱介質中，并與地埋管換熱將熱量儲存到土壤中。當溫室內的氣溫下降到 15°C 時，系統關閉蓄熱模式，以避免過度冷卻。在放熱模式下，當室內氣溫下降到 10% 時，系統啟動放熱模式，利用土壤中蓄積的熱量作為熱源對溫室內空氣進行加熱，將室內氣溫提升到設定的停止溫度 12% 時，系統關閉放熱模式。圖2

圖2 系統原理示意Fig. 2Schematic diagram ofthesystem principle

以溫室東西方向的中心點作為參考點，向東西方向延伸至側墻邊沿處。地埋深度的取值考慮到番茄根系生長范圍主要分布在 0.15～0.4m ，加熱根系周圍土壤，故地埋管深度取值范圍為0.5～0.7m 。地埋管主管由4根 Φ 63mm 的PPR管組成，分管由24根 Φ 32mm 的PPR管組成，以并聯方式對稱分布。圖3

1. 2 方法

1.2.1 測點布置

測試內容包括土壤溫度、空氣溫度、熱泵進出口氣溫和地埋管進回水溫度。溫室氣溫測點：在溫室縱向 6m 和室外距離南屋面 1m 處，橫向20、40和 60m ，高 2m 處分別設置1個氣溫傳感器；土壤溫度測點：在溫室縱向 ^3，12m 以及室外距離南屋面 1m 處，橫向20、40和 60m ，深 0.5m 處分別設置1個地溫傳感器；換熱處測點：進出氣口分別布置1個氣溫傳感器，進回水口分別布置1個水管壁溫傳感器。圖4

圖3 地埋管分布

Fig.3 Distribution ofburied pipes

測量儀器采用RS-WS-120-2空氣溫度傳感器 （-40～80^°C ， ±0.1^qC ） .WZPT-TP-WK- FY3PF水管壁溫傳感器 （?-50～200° ， ±0.5 C ） Ω_RS-WS-120-TR-1 土壤溫度傳感器（-40～80^°C ， ±0.5^°C ），所有傳感器均由中國昆侖中大公司生產。使用KZ101-16型PT100模塊采集傳感器數據，并將數據轉換為數字信號，通過GPRS-4G無線通信將數據傳送至服務器進行存儲，數據采集間隔為 30min 。圖4

注：（a）測試點平面布置；（b）試驗點剖面布置 Notes：（a）Planviewofthetestsite;（b）Profileviewofthetest site

圖4 試驗測點布置圖

Fig.4Layout of test points

1.2.2 系統性能指標計算

1. 2. 2. 1 ASHP-UP系統蓄放熱量計算

ASHP-UP系統的蓄熱量由地埋管進水管和回水管的水溫差計算由式（1）得[20]，系統放熱量可根據空氣源熱泵出風口氣溫差計算由式（2）得[20]：

式中， Q_R 為系統單位時間蓄熱量，MJ； Q_s 為系統單位時間放熱量， MJ C_a 和 C_w 分別為空氣和水的比熱容，取值分別為1005（ J/（kg?C） ）和4200 （ J （ kgCΨ） ）； V 為熱泵出風口的風速（ m s）； φ 為地埋管的水流流量（ （m³/s） ； t_a 為空氣源熱泵運行時間（s）； t_w 為水泵運行時間（s）； S_a 為進風口面積， 0.36m² ： ρ_a 為空氣的密度，取值為1.29 （ kg/m³ ）； ρ_w 為水的密度，取值為 1000 （ kg/σ （24號 m^3[21] T_i^w 為水管進口水溫 （‰ ： T_o^w 為水管出口水溫 （C）T_i^a 為熱泵進風口氣溫 （C） ； T_o^a 為熱泵出風口氣溫 （^°C） 。

1.2.2.2 系統COP計算

COP通常作為評價溫室采暖系統性能的指標[22，23]。對于ASHP-UP系統，蓄熱COP等于系統蓄熱量與系統功耗的比值，放熱COP等于系統放熱量與系統功耗的比值。系統耗電量由空氣源熱泵和水泵兩部分組成，COP由式（3）和（4）計算：

E_ei=P_eit_e.

式中， Q_s-R 為系統蓄熱和放熱量（MJ）； E_e1 為空氣源熱泵機組運行過程中消耗的電能（MJ）；E_e2 循環水泵運行過程中消耗的電能（MJ）； P_e1 為空氣源熱泵的額定輸人功率，試驗選取為6.3kW P_e2 為循環水泵的額定輸人功率，試驗選取為1.5kW;t 為系統運行時間（h）。

1. 2.2. 3 節能與環保計算

采用標準煤消耗量作為節能評判標準。對于其他能源提供的熱量，均統一折算為標準煤當量計算。其中， 1kg 標準煤燃燒值 29 307.6kJ ，天然氣折標系數值取 1.10kg/m³ ，燃煤鍋爐的熱效率為 70% ，燃氣鍋爐的熱效率為 85% ，電加熱的熱效率則為 95% ，并以所需消耗的標準煤量作為參考指標[24.25]。ASHP－UP 系統的耗電量轉化為消耗的標準煤由公式（5）計算：

式中， M_r 為該系統加熱消耗標準煤質量， kg E_e 為系統蓄熱耗電量， kW ： J_h 為標準煤的熱值，取 29307.60kJ/kg ，為熱電轉化率。

燃煤鍋爐產生相同熱量消耗的標準煤由式（6）計算：

式中， M₂ 為燃煤鍋爐加熱消耗標準煤質量，kg ： η_t 為燃煤鍋爐熱效率。

燃氣鍋爐產生相同熱量所消耗的天然氣，消耗的標準煤量由（7）計算：

式中， M₃ 為燃氣鍋爐加熱消耗標準煤質量（kg） ； η_w 為燃氣鍋爐熱效率； τ 為天然氣折標系數。

電加熱產生相同熱量所消耗的電能，消耗標準煤量由（8）計算：

式中， M₄ 為電加熱消耗標準煤質量（ ?_kg） η_d 為電加熱效率。

1.3 數據處理

數據采用Excel2020進行整理匯總，運用De-signExpert軟件采用Box-Behnken設計方法構建正交試驗，并進行響應面分析，運用Origin2020繪制計算所得數據。

2 結果與分析

2.1 TRNSYS系統模型驗證

研究表明，在構建基于TRNSYS瞬時模擬軟件的ASHP-UP蓄熱系統模型前，首先對模型中各設備模塊的參數進行了校準與優化。包括對空氣源熱泵的性能參數、地埋管數量及其尺寸、土壤物理性質參數以及水泵流量的實際調整。圖5

在系統運行階段，基于TRNSYS軟件構建了溫室熱環境動態模型，并通過對比模擬數據與實際測量數據，分析了地埋管進出口水溫、室內氣溫及地溫在連續5d內的溫度變化趨勢。模擬進水溫度曲線整體趨勢與實測基本一致，但模擬值12月 22～23 日期間略高于實測值，最大誤差出現在12月23日，實測值為 11.9% ，模擬值為 13.1^°C ，則相對誤差為 10.0% 。模擬出水溫度與實測值的趨勢吻合度較高，但實測值在12月23日出現明顯驟降，而模擬值僅小幅下降。最大誤差出現在12月23日，假設實測值為 15.4^c ，模擬值為16.3% ，則相對誤差為 5.8% ，表明模型對熱交換效率的模擬較為準確。圖6

Fig. 5 ASHP-UP thermal storage system modeling

圖5 ASHP-UP系統模型

Fig. 6 Variationinwatertemperaturein and out of buried pipes

模擬室內氣溫曲線與實測均呈先升后降的趨勢，在 0：00～12：00 期間室內氣溫穩定在 10.0% 左右； 12：00～17：00 期間，在太陽輻射的作用下，室內氣溫迅速攀升至 30.0^qC 左右； 17：00～24：00 期間，太陽輻射逐漸消失，室內氣溫又下降至10.0% 左右，模型能捕捉到溫室氣溫的周期性變化。并且，實測數據波動更大，而模擬數據較為平滑，證明模型對動態環境因素的敏感性不足。圖7

圖6 地埋管進出水溫變化

圖7 溫室內部氣溫變化

Fig 7 Variationoftemperatureinside the greenhouse

地溫的對比選取南側采光面下方的A點與靠近北墻的B點。模擬與實測地溫A、B均呈緩慢下降趨勢，與溫室內部氣溫變化的降溫階段相符，表明模型能反映土壤熱慣性的累積效應。地溫A模擬值與實測值趨勢高度一致，地溫A整體實測降溫（ 0.10^qC 左右）略低于模擬降溫（ 0.05^°C 左右）。地溫B模擬值下降平緩，而實測值在12月21日突降后回升，可能因模型未完全模擬北墻附近土壤受建筑陰影和局部通風限制的動態響應。構建的ASHP-UP模型能夠精準復現溫室熱環境的動態特征。圖8

圖8 溫室內部地溫變化

Fig 8 Variationof ground temperature inside the greenhouse

2.2 系統優化

2. 2. 1 多因素影響

研究表明，選取系統制熱量 Y_p 、能耗 Y_E ，土壤升溫 Y_F 作為響應變量，而空氣源熱泵額定制熱功率 X₁₁ 、地埋管側循環流量 X₂₂ 、系統日蓄熱時長 X₃₃ 作為自變量。基于Box-Behnken設計方法，構建3因素3水平的試驗方案，并利用TRN-SYS模型對該試驗過程進行了模擬。通過多目標優化算法，確定ASHP-UP系統在測試期間運行的最優工況。表2

表2ASHP-UP系統響應曲面試驗設計因素與水平設計

Tab.2 FactorandleveldesignofASHP-UP system responsesurface experimentdesign

通過響應面分析法模型中的影響因素進行了顯著性檢驗，排除了不顯著的影響因素（ Pgt; 0.05）。構建了以系統制熱量、能耗和土壤溫度升高為響應變量的二次回歸模型。表3～6

表3 ASHP-UP系統試驗方案及結果

表4 系統制熱量回歸方差

Tab.3 ASHP-UP system test

Tab.4 Systemheatproduction regressionANOVA

Tab.5 System energyconsumption regressionANOVA

表6土壤溫升回歸方差

表5 系統能耗回歸方差

Tab.6Soil temperaturerise regressionANOVA

Y_D=280.25+52.91x₁-93.92x₂+103.57x₃ -10.38x₁x₂+23.98x₁x₃-31.35x₂x₃+3.46x₁²+ 47.54x₂²-4.75x₃² （9）

Y_E= 40.59+8.17x₁-14.60x₂+15.13x₃- 5.43x₁x₂+1.98x₁x₃-5.47x₂x₃-1.68x₁²+7.82x₂² + 1. 44x₃² （204號 （10）

隨著熱泵額定制熱量和蓄熱時長的增加，系統制熱量呈增大的趨勢。當熱泵功率由 20kW 提升至 30kW ，在蓄熱時間 6h 條件下，制熱量從157.65kWh 增至 220.40kWh （增幅 39.8% ）;而當蓄熱時間延長至 12h 時，制熱量進一步由 308.56kWh 躍升至 467.23kWh （增幅 51.4% ），功率提升與時間累積效應存在協同增益。熱泵功率與蓄熱時間的綜合優化（由 20kW/6h 提升至 30kW/12h ）使制熱量增長 196.3% （從157.65增至 467.23kWh ），遠超單一參數變化的線性疊加。圖9

圖9 熱泵額定制熱量與蓄熱時間下系統制熱量的變化

隨著循環泵流量與蓄熱時長的增加，系統能耗相應上升。系統能耗隨蓄熱時間與循環泵流量的變化呈現顯著關聯性。當蓄熱時間為 6h 時，循環泵流量從 8m³/h 降至 4m³/h ，能耗由22.37kWh 增至 43.86kWh （增幅 96.1% ）；而蓄熱時間延長至 ^12h 時，相同流量變化下，能耗從44.9kWh 增至 88.26kWh （增幅 96.6% ），二者的交互作用通過響應曲面分析進一步驗證，其傾斜度顯著表明交互效應較強。圖10

Fig.9Changes influence of Heat Pump Rated Heat Capacity and Storage Time on SystemHeatCapacity

圖10 循環泵流量及蓄熱時間下系統能耗的變化

Fig. 10 Changes of circulating pump flow andheatstoragetimeon system energyconsumption

熱泵額定制熱量與循環泵流量對土壤溫升的交互影響并非呈線性關系。土壤溫升受熱泵額定制熱量與循環泵流量的協同調控影響顯著。熱泵功率由 20kW 提升至 30kW 時，在循環泵流量8m³/h 工況下，土壤溫升從 0.93^°C 增至 1.31^qC （增幅 40.9% ）;在循環泵流量為 4m³/h 工況下，溫升從 1.35^cC 增至 2.28^°C （增幅 68.9% ）。熱泵功率與土壤溫升呈顯著正相關，且低流量條件下溫升增幅更顯著，表明流量降低可通過延長流體換熱時間強化熱泵功率的溫升效應。二者協同作用在 30kW/4m³/h 工況下達到最高溫升 2.28^°C ，較基準工況（ 20kW/8m³/h 增幅達 145.2% ，揭示了熱輸人強度與傳熱效率的非線性耦合機制（即高功率熱泵增強熱能輸出，低流量延長熱交換時間），二者協同提升了土壤蓄熱性能。

最優工況的參數設定為：蓄熱時長為 12.0h 循環水流量為 5.55m³/h ，熱泵額定制熱量保持為 30.0kW 。在此條件下，系統的累計制熱量為501.90kWh ，耗電量為 77.18kWh ，土壤溫升為2.26^°C 。圖11

2.3 典型日蓄熱系統特性

研究表明，地埋水管的進水和回水溫度分別穩定在14和 11^°C ，大約 3^°C 的水溫變化證明了ASHP-UP系統利用地下土壤作為低品位熱源的可行性。ASHP的進出風口處氣流溫度分別穩定在9和 16^°C 。接近 7% 的溫度增長為溫室熱環境提供了良好的保證。此外，ASHP-UP系統的吸收熱量速率和放熱速率分別在 14～16 和 36.5～ 37.5kJ/s 之間波動。在非晴天系統給溫室供暖除了依靠它吸收土壤內部的熱量，ASHP自身的電補償加熱也起到了關鍵性的作用。電補償加熱總量占夜間系統向溫室內部空氣釋放總熱量的56%～61% 。圖12

圖11 熱泵額定制熱量及循環泵流量下土壤溫升的變化

注：（a）進出口平均溫度和傳熱功率；（b）吸收和釋放的總熱量對比

Fig.11 Changes of heat pump heat rating and circulatingpump flow rate on soil temperature rise

圖12 系統加熱過程表現

Fig. 12 Thermal performance of system heating process

Notes：（a）Averageinletandoutlettemperatureandheattransferpower;（b）Comparisonof totalheatabsorbedandreleased

2.4 系統COP分析

研究表明，系統蓄熱COP在4.2～4.4波動，放熱C0P在4.7～5.0波動。在12月8日天氣為陰天時，溫室熱管理系統僅運行了蓄熱模式。歸因于前一周持續的晴天，導致溫室內積累較多熱量，且期間室內氣溫未曾降至 10.0% 以下，故系統無需啟動放熱模式以提升氣溫。相較之下，12月13日的陰天，系統則同時運行了蓄熱與放熱模式。因為室內氣溫出現了低于 10.0% 的現象，使系統啟動放熱模式以提升室內氣溫。在2月17日的陰天，系統僅運行了放熱模式，因室外溫度較低，導致室內氣溫迅速下降，加之缺乏太陽輻射以增溫，故系統只運行放熱模式來提高室內氣溫。系統能夠根據溫室熱環境需求靈自由換蓄熱與放熱模式，從而實現高效的能量管理與溫度調控。表7

Tab. 7 Average values of heat pump COP and system COP under different conditions

2.5 能耗分析

研究表明，在冬季測試期間，ASHP-UP系統在戈壁、沙漠地區組裝式溫室中累計運行時間達到 630h ，總耗電量為 1.77×10⁴MJ 。同時，ASHP-UP系統總放熱量為 8.07×10⁴MJ ，完全滿足了組裝式日光溫室在整個冬季的熱量需求。該系統與燃煤、燃氣、電加熱相比能耗分別降低了84.7%.81.3%.79.1% 。則可計算出ASHP-UP系統的二氧化碳排放量分別減少8.24、6.52和5.67t ，進而得出該系統節能和環保非常顯著。ASHP-UP系統在節能和環保方面表現出顯著優勢。表8

表7 不同條件下熱泵COP和系統COP的平均值

表8溫室不同加熱方式的能耗和運行成本

Tab.8 Energy consumption and operating costs of different heating methods for greenhouses

3討論

3.1能耗估算對于提升系統的能源利用效率和節能具有重要意義[26]，1t標準煤大約產生 2.45t 二氧化碳[27。研究表明，將空氣源熱泵（ASHP）系統集成于溫室內部具有顯著熱力學合理性。其核心機制在于：ASHP通過日間主動吸收溫室內部富余熱量（主要來源于太陽輻射及作物呼吸作用），經地埋管蓄熱系統實現跨時段能量存儲，夜間通過逆循環將儲存熱量釋放至溫室空間。這種日間蓄熱加夜間放熱的運作模式緩解了傳統供暖系統的能量時空錯配問題，在前人的研究中已經得到證實。李金平等[28.29]通過動態熱流分配模型（DTFAM）證實，當ASHP進風口布置于溫室內部時，日間集熱效率較室外布置方案提升19.7% ，且系統熱慣性降低 28% 。宋衛堂等[30-32]的田間試驗進一步表明，內部安裝的ASHP系統可使溫室晝夜溫差波動幅度從 12.3% 降至 6.8% ，顯著優于單一地埋管系統（溫差波動9.5^°C ）。考慮到新疆戈壁荒漠地區，光照資源豐富，溫室越冬生產需要消耗大量能源，而ASHP-UP系統不僅能顯著提升溫室土壤溫度和蓄熱能力，還能減少能耗和二氧化碳排放21。此外，ASHP-UP系統的協同效應在熱力學性能方面表現尤為突出。聯合系統在晴天工況下的綜合性能系數（COP）達4.2～4.3，較單一ASHP系統提升60% [17，18]。其關鍵優勢體現在：（1）土壤溫度梯度優化，系統蓄熱量在晴天工況下達 530～600 MJ，較傳統土壤蓄熱方式提升 37% ；（2）熱泵蒸發器與地埋管換熱器的協同作用使電補償加熱量占比降低至 56%～61% ，對應節能效率提高22.0% ;（3）當熱泵額定制熱量提升至 30kW 循環水泵總流量降低至 5.55m³/h. 蓄熱時間延長至 ^12h 時，系統土壤溫升速率可達 2.26^°C ，較基準工況提升 28% 。循環泵流量存在臨界閾值（ 6.20m³/h^? ），超過此值后系統COP下降 18% ，印證了系統參數匹配的重要性。

3.2相較于燃煤/燃氣供暖系統，聯合系統節能率達 64.2% 。盡管當前進風口位置（距地面0.5m）導致COP值較理論最優值低 14% ，但通過空間布局優化（距北墻 1.0～2.0m 平行布置）可使空氣熱回收效率提升 23% ，與陳紅超等[33]提出的進排風系統匹配理論相符。內部安裝的ASHP-UP系統通過構建多能互補的熱量循環體系，不僅實現了設施農業的精準熱環境調控，更在能源利用效率方面展現出顯著優勢，為新疆戈壁、沙漠地區設施農業的可持續發展提供了可靠技術路徑。

4結論

蓄熱操作后土壤溫度升高 1.5～2.5^°C ，冬季采用空氣源熱泵聯合土壤蓄熱方法的可行性；確定了系統最優工況參數，即循環水泵總流量為5.55m³/h 、熱泵額定制熱量為 30.0kW 、運行12.0h 時，系統蓄熱量為 501.90kWh ，能耗為77.18kWh ，土壤溫升為 2.26^°C ；系統平均蓄熱和放熱COP分別為4.33和4.81，制熱量可達空氣源熱泵額定制熱量的1.6倍，地埋管進出口平均溫差為 3.1^qC ，系統運行穩定且蓄放熱表現優異；與傳統熱源（燃煤、燃氣及熱電聯產蓄熱方式）相比，系統能耗分別降低 84.7%.81.3% 和 79.1% ，溫室氣體排放量分別減少8.24、6.52和 5.67t ，ASHP-UP蓄熱系統在能源高效利用和節能方面具有顯著優勢。

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Simulation and Optimization of a TRNSYS - Based Air - Source Heat Pump Integrated with Buried Pipe System for Solar Greenhouse Applications

ZHANG Gaoshang1，WU Letian2，3，GUO Shenbo22.3， YUE Qiuxing23，SUN Xiaoli23，SHHuifeng.2

（1. College of Mechanical and Electrical Enginering， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052; 2. Institute of Agricultural Equipment， Xinjiang Uygur Autonomous Region Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830o91; 3. Research Center for Agricultural Engineering Facilities and Equipment Enginering Technology，Urumqi 830091）

Abstract：【Objective】 Carried out the simulation and optimization of the air -source heat pump -buried pipe system in solar greenhouses to explore the optimal working parameters of the system.They also provide case references for the research and engineering applications related to greenhouse winter heating in the Gobi and desert regions of Xinjiang.【Methods】The research object in this study is the air source heat pump heat collction combined with underground pipe thermal storage（ASHP-UP）system. The transient simulation model is built using TRNSYS software，and the Box -Behnken experimental design and response surface analysis method is used to study and optimize the system operation parameters.【Results】Under the optimal working condition，the heat storage capacity of the system is 501.90kWh ，the energy consumption is 77.18kWh ， and the soil is warmed up by 2.26⁹C . The average daily heat storage power of the system is 37.5kJ/s ，the average daily heat storage COP is 4.33，and the exothermic COP is 4.81. Compared with the traditional heating methods of coal，gas，and electricity，the energy consumption is reduced by 84.7% ， 81.3% ，and 79. （204號 1% ，respectively，and the GHG emisson is reduced by 8.24，6.52，and 5.67t ，respectively.The optimal working conditions of the system in winterized production are： rated heat production capacity of the heat pump is 30.0kW ，heat storage time is 12.0h ，and circulating water flow rate is 5.55m³/h .【Conclusion】 Measurements have verified that the system has good heat storage and release efcts，meets the crop overwintering production needs，and its energy - saving and environmental performance meets the national energy -saving and emission reduction requirements.

Key words： Assembled solar greenhouse；Air source heat pump；Underground pipe；Thermal storage performance； Energy efficiency