長沙地區(qū)太陽能—土壤源熱泵熱水系統(tǒng)運行模擬研究

【摘要】：太陽能和地熱能都是地球上廣泛分布的清潔可再生能源，如何對它們進行更有效的開發(fā)利用已成為全球的研究熱點，建筑中是重要的應用領(lǐng)域之一。由于生活熱水能耗在民用建筑能耗中占據(jù)較大的比重，采用可再生能源制取生活熱水成為一個值得研究的課題。 本文通過分析單一熱源熱泵制取生活熱水的優(yōu)缺點，針對長沙地區(qū)的氣候特征，提出了太陽能-土壤源熱泵熱水系統(tǒng)穩(wěn)定高效制取生活熱水的系統(tǒng)設(shè)計和運行方式，并對它進行了運行模擬研究。 首先，以長沙地區(qū)某學生宿舍的熱水系統(tǒng)為例，對電輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)與土壤源熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)計過程進行了介紹，主要包括熱水需求量的確定和主要設(shè)備選型的計算過程，接著簡要介紹了用于本文系統(tǒng)仿真的軟件，并建立了該兩種熱水系統(tǒng)的仿真模型，對它們進行了長期運行模擬研究，得出了該兩種熱水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計參數(shù)和不適合于大中型熱水工程長期節(jié)能穩(wěn)定高效運行的結(jié)論。 其次，提出了太陽能-土壤源復合式熱泵熱水系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的構(gòu)成、特點、工作原理、運行工況與控制方式進行了描述，建立了該系統(tǒng)的仿真模型，針對太陽能集熱器面積與熱泵機組容量的匹配優(yōu)化這一影響該復合式系統(tǒng)運行性能的關(guān)鍵問題，采用計算費用法進行分析，同時進行了系統(tǒng)匹配模擬研究，得到了優(yōu)化匹配方案，并進行了在暑假期間利用埋地換熱器進行太陽能蓄熱的優(yōu)化設(shè)計研究，得出了較優(yōu)的蓄熱溫度條件。 最后，對提出的太陽能-土壤源復合式熱泵熱水系統(tǒng)與土壤源熱泵熱水系統(tǒng)和電輔助加熱的太陽能熱水系統(tǒng)進行了節(jié)能、環(huán)保與經(jīng)濟效益的比較分析。計算得到了不同熱水系統(tǒng)方案的初投資與年運行費用，采用費用年值這一綜合評價指標對三種方案的經(jīng)濟效益進行了評價，得出了太陽能-土壤源復合式熱泵熱水系統(tǒng)是經(jīng)濟性最優(yōu)的方案，并計算得到了采用該方案的動態(tài)投資回收期。 【關(guān)鍵詞】：太陽能-土壤源熱泵 熱水系統(tǒng) 匹配優(yōu)化 太陽能蓄熱 費用年值
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU822
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題的研究背景和意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外應用發(fā)展及研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文研究目的與內(nèi)容16-17
• 1.3.1 研究目的16
• 1.3.2 研究內(nèi)容16-17
• 第2章 熱水系統(tǒng)分析模型建立17-28
• 2.1 熱水需求量的確定17-18
• 2.1.1 全天熱水供應系統(tǒng)的設(shè)計小時耗熱量17
• 2.1.2 定時熱水供應系統(tǒng)的設(shè)計小時耗熱量17-18
• 2.1.3 設(shè)計小時熱水量18
• 2.2 熱水使用的時間分配18
• 2.3 太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)備的選型計算18-20
• 2.3.1 太陽能集熱器的選型計算18-19
• 2.3.2 太陽能貯熱水箱的容積計算19
• 2.3.3 太陽能集熱系統(tǒng)循環(huán)水泵計算19-20
• 2.4 土壤源熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)備的選型計算20-21
• 2.4.1 熱泵機組的選型計算20
• 2.4.2 熱泵機組貯熱水箱的容積計算20
• 2.4.3 埋地換熱器的長度計算20-21
• 2.5 生活熱水項目工程概況21-22
• 2.5.1 工程概況21
• 2.5.2 自來水溫度21-22
• 2.5.3 氣象參數(shù)22
• 2.6 分析模型設(shè)計計算22-27
• 2.6.1 設(shè)計小時耗熱量與熱水量22-24
• 2.6.2 太陽能集熱器的面積24
• 2.6.3 太陽能貯熱水箱的容積24
• 2.6.4 太陽能集熱系統(tǒng)循環(huán)水泵流量24
• 2.6.5 熱泵機組的設(shè)計小時供熱量24-25
• 2.6.6 熱泵機組貯熱水箱的容積25
• 2.6.7 埋地換熱器的總長度25
• 2.6.8 分析模型各項計算結(jié)果的匯總25-26
• 2.6.9 分析模型熱水需求的模式26-27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 第3章 系統(tǒng)動態(tài)仿真平臺介紹28-32
• 3.1 TRNSYS 軟件簡介28-29
• 3.2 仿真模型部件介紹29-31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 第4章 土壤源熱泵熱水系統(tǒng)特性模擬分析32-41
• 4.1 土壤源熱泵熱水系統(tǒng)的基本情況32-33
• 4.2 各主要因素對于系統(tǒng)能效的影響分析33-39
• 4.2.1 貯熱水箱容積對于系統(tǒng)能效的影響分析33-35
• 4.2.2 埋管總長度對于系統(tǒng)能效的影響分析35-36
• 4.2.3 設(shè)計用水定額對于系統(tǒng)能效的影響分析36-38
• 4.2.4 設(shè)計供水溫度對于系統(tǒng)能效的影響分析38-39
• 4.3 系統(tǒng)長期運行分析39
• 4.4 本章小結(jié)39-41
• 第5章 太陽能熱水系統(tǒng)特性模擬分析41-50
• 5.1 太陽能熱水系統(tǒng)的分類41-42
• 5.2 太陽能熱水系統(tǒng)的基本情況42-43
• 5.3 各主要因素對于系統(tǒng)能效的影響分析43-47
• 5.3.1 集熱器面積對于系統(tǒng)能效的影響分析43-45
• 5.3.2 貯熱水箱容積對于系統(tǒng)能效的影響分析45-46
• 5.3.3 設(shè)計用水定額對于系統(tǒng)能效的影響分析46
• 5.3.4 設(shè)計供水溫度對于系統(tǒng)能效的影響分析46-47
• 5.4 系統(tǒng)長期運行分析47-48
• 5.5 本章小結(jié)48-50
• 第6章 太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)研究及優(yōu)化50-73
• 6.1 太陽能-土壤源熱泵熱水系統(tǒng)的分類50-51
• 6.2 太陽能-土壤源熱泵熱水系統(tǒng)的基本情況51-53
• 6.2.1 系統(tǒng)原理51
• 6.2.2 運行工況分析51-52
• 6.2.3 系統(tǒng)控制方式52
• 6.2.4 系統(tǒng)技術(shù)特點52-53
• 6.3 系統(tǒng)最佳匹配研究53-61
• 6.3.1 長沙地區(qū)日總輻射量和月總輻射量54
• 6.3.2 長沙地區(qū)集熱器面積與機組容量的最佳匹配54-61
• 6.4 系統(tǒng)跨季節(jié)儲熱的優(yōu)化研究61-64
• 6.5 系統(tǒng)效益分析64-71
• 6.5.1 節(jié)能效益分析64-65
• 6.5.2 環(huán)保效益分析65-66
• 6.5.3 經(jīng)濟效益分析66-71
• 6.6 本章小結(jié)71-73
• 總結(jié)與展望73-76
• 論文總結(jié)73-74
• 工作展望74-76
• 參考文獻76-81
• 致謝81-82
• 附錄 A (攻讀碩士學位期間所參與科研項目)82

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