太陽(yáng)能—地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的應(yīng)用分析與實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化，能源和環(huán)境問題已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，節(jié)能與環(huán)保已成為當(dāng)今世界的主題。地源熱泵技術(shù)作為可再生能源利用的暖通空調(diào)新技術(shù)受到了廣泛的重視。地源熱泵的優(yōu)勢(shì)在于其節(jié)能性，但是一些地域冬夏季冷熱負(fù)荷的不平衡造成了地溫度變化從而導(dǎo)致了系統(tǒng)能效比下降，這種不平衡已成為制約地源熱泵新技術(shù)推廣應(yīng)用的主要“瓶頸”。目前，地源與其他冷熱源復(fù)合式熱泵系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱門課題之一。為拓展地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，本文采用太陽(yáng)能與地?zé)嵩聪嘟Y(jié)合的方式，建立復(fù)合型熱泵系統(tǒng)，對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行研究。 本文采用TRNSYS軟件分別建立了太陽(yáng)能系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)仿真模型，以搭建的太陽(yáng)能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)和天津某地源熱泵系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，應(yīng)用實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)分別驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)利用TRNSYS軟件對(duì)該建筑全年逐時(shí)負(fù)荷進(jìn)行了模擬分析，得出該建筑的熱負(fù)荷瞬時(shí)最大值出現(xiàn)每年的一月份的中下旬。冷負(fù)荷瞬時(shí)最大值出現(xiàn)在每年的七月份的中上旬。 在前述實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立了太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的仿真模型，分析復(fù)合系統(tǒng)串聯(lián)模式和并聯(lián)模式機(jī)組的性能。當(dāng)復(fù)合系統(tǒng)采用串聯(lián)連接時(shí)，太陽(yáng)能集熱器和地埋管兩種不同連接方式的串聯(lián)模式機(jī)組COP平均值分別為4.29和4.35；當(dāng)復(fù)合系統(tǒng)并聯(lián)連接時(shí)，Pr對(duì)系統(tǒng)性能有所影響，Pr為0.6時(shí)，機(jī)組的COP值為4.27。復(fù)合系統(tǒng)串聯(lián)時(shí)的兩種模式的COP值比單一熱泵系統(tǒng)機(jī)組COP值4.17分別提高了2.88％和4.31％，并聯(lián)復(fù)合系統(tǒng)COP值比單一熱泵系統(tǒng)機(jī)組提高了1.91％。結(jié)果表明，地源側(cè)循環(huán)水先流經(jīng)地埋管，后經(jīng)過集熱器的串聯(lián)模式，其COP值可達(dá)到4.35，比單一熱泵系統(tǒng)COP值提高了4.31％，這種方式是復(fù)合系統(tǒng)的最佳連接方案。 最后，得出該復(fù)合系統(tǒng)在北方寒冷地區(qū)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)很明顯，可以有效的彌補(bǔ)土壤溫度場(chǎng)不平衡現(xiàn)象，克服太陽(yáng)輻射受晝夜、季節(jié)等自然條件的限制，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的性能有較大的提升，這種復(fù)合系統(tǒng)在北方寒冷地區(qū)值得推廣應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：地源熱泵系統(tǒng) 太陽(yáng)能 仿真模型 串 并聯(lián)系統(tǒng) COP
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU83;TK519
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 論文研究的背景9-10
• 1.2 太陽(yáng)能和淺層地能利用概述10-13
• 1.2.1 太陽(yáng)能和淺層地能資源儲(chǔ)量10-12
• 1.2.2 太陽(yáng)能和淺層地能的利用12-13
• 1.3 太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的國(guó)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 課題研究的內(nèi)容15-16
• 1.5 課題研究的目的和意義16-17
• 第二章 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究17-37
• 2.1 熱管真空管集熱器的實(shí)驗(yàn)研究17-20
• 2.1.1 太陽(yáng)能集熱器介紹17-18
• 2.1.2 熱管真空管集熱器實(shí)驗(yàn)研究18-20
• 2.2 地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究20-25
• 2.2.1 測(cè)試內(nèi)容20
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)20-23
• 2.2.3 測(cè)試儀器及方法23-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與分析25-34
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)誤差分析25-27
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析27-34
• 2.4 地源熱泵系統(tǒng)問題分析34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 太陽(yáng)能與地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型37-44
• 3.1 太陽(yáng)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型37
• 3.1.1 熱管真空管集熱器數(shù)學(xué)模型37
• 3.2 地埋管數(shù)學(xué)模型37-42
• 3.2.1 線熱源理論模型38-39
• 3.2.2 圓柱熱源理論模型39-40
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量40-42
• 3.3 地源熱泵機(jī)組數(shù)學(xué)模型42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 太陽(yáng)能和地源熱泵系統(tǒng)的仿真模型44-56
• 4.1 TRNSYS 軟件介紹44-45
• 4.1.1 軟件功能44-45
• 4.1.2 軟件適應(yīng)性45
• 4.2 建筑負(fù)荷模擬45-49
• 4.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)及物性參數(shù)的確定45-46
• 4.2.2 內(nèi)擾設(shè)定及熱區(qū)域劃分46-47
• 4.2.3 建筑負(fù)荷模擬及計(jì)算結(jié)果47-49
• 4.3 復(fù)合式系統(tǒng)模型的建立49-55
• 4.3.1 太陽(yáng)能系統(tǒng)仿真模型的建立49-50
• 4.3.2 地源熱泵系統(tǒng)仿真模型的建立50-53
• 4.3.3 太陽(yáng)能與地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)仿真模型的建立53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 復(fù)合熱泵系統(tǒng)仿真分析56-62
• 5.1 復(fù)合熱泵系統(tǒng)串聯(lián)形式仿真分析56-58
• 5.2 復(fù)合熱泵系統(tǒng)并聯(lián)形式仿真分析58-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文和參與的科研項(xiàng)目69-70
• 致謝70

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