热储能建模对综合能源系统仿真的影响：快变高负荷下集总与分层模型的对比研究

本文对比分析了热储能(TES)的0-D集总模型与1-D分层模型在快变高负荷场景下的性能差异，通过实验验证发现10节点1-D模型能显著降低70%的热泵能耗估算偏差，为综合能源系统(IES)中太阳能辅助热泵(DHW)等温度敏感设备的优化设计提供了建模准则。

　　

亮点

热储能(TES)建模的精度直接影响综合能源系统(IES)的动态仿真结果，特别是在家用热水(DHW)等快变高负荷场景中。本研究通过对比零维(0-D)集总模型与一维(1-D)分层有限体积模型，揭示了10节点1-D模型能在计算效率与精度间实现最佳平衡——其热泵能耗估算误差较0-D模型降低70%，而计算时间仅增加3倍。

实验验证

基于意大利Pisa大学BE-IES实验室的2米高住宅用水箱测试数据，研究团队验证了1-D模型对温度分层动态和浸没式盘管(Coil)传热关联式的模拟能力。实验表明，当节点数超过10时，精度提升不再显著，但计算负荷线性增长。

季节性仿真对比

在模拟地中海家庭全年太阳能-热泵联合系统时，0-D模型对太阳能集热器(ST)、热泵(HP)和备用锅炉的能耗预估偏差分别达29%、70%和53%。更关键的是，0-D模型无法准确反映温度传感器经历的热惯性，导致控制逻辑仿真失真。

结论

对于需要高时间分辨率(秒级)的全年动态仿真，采用5-10节点的1-D模型是最优选择。建议针对具体案例开展两项敏感性分析：1) 关键能量参数的节点数收敛性；2) 仿真时间步长对热负荷动态的捕捉能力。

方法论启示

该研究为温度敏感型设备(如浸没式热交换器IHX)的集成仿真提供了建模范式，证明适度的空间离散化(1-D)对控制策略优化和可再生能源整合评估具有决定性影响。