太陽能季節(jié)性蓄熱—土壤源熱泵蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)

【摘要】：我國有70%的地區(qū)冬季需要供暖，其中絕大部分地區(qū)是以煤等傳統(tǒng)能源為燃料的，這不僅加劇了傳統(tǒng)化石能源的消耗，同時(shí)也帶來了環(huán)境的污染，在此背景下，本文對(duì)太陽能季節(jié)性蓄熱—土壤源熱泵這一新型、節(jié)能環(huán)保的供暖系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。該太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)主要有兩部分組成：一是太陽能集熱系統(tǒng)；二是土壤蓄熱系統(tǒng)。其作用是將非采暖季的太陽能收集之后，蓄存于土壤之中，以作為冬季供暖時(shí)熱泵的熱源，實(shí)現(xiàn)了太陽能的轉(zhuǎn)季利用。 本文首先研究總結(jié)太陽能輻射強(qiáng)度的計(jì)算方法，太陽能季節(jié)性儲(chǔ)存的方法，土壤熱物性和U型埋管換熱器在蓄熱取熱時(shí)的傳熱機(jī)制；然后建立了U型埋管換熱器長(zhǎng)度計(jì)算和校核的數(shù)學(xué)模型以及太陽能集熱板面積計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。 在所建立的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，使用VB編程語言編制了太陽能季節(jié)性蓄熱—土壤源熱泵蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件。然后利用此軟件對(duì)哈爾濱地區(qū)一棟使用太陽能季節(jié)性蓄熱—土壤源熱泵系統(tǒng)供熱的三層辦公建筑的季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該建筑的采暖面積約1100m2，建筑熱負(fù)荷為38.9kW，該軟件計(jì)算需要的鉆孔長(zhǎng)度為1125m，鉆孔數(shù)量為20，鉆孔深度為56m，埋管所需室外面積為500m2；所需太陽能集熱板的面積為112m2。 最后，為了驗(yàn)證所編軟件的可靠性，使用TRNSYS16動(dòng)態(tài)模擬軟件建立了太陽能季節(jié)性蓄熱—地源熱泵系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，并將用所編制設(shè)計(jì)軟件得出的設(shè)計(jì)結(jié)果作為TRNSYS16模擬軟件的參數(shù)進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證結(jié)果表明：蓄熱系統(tǒng)在蓄熱季儲(chǔ)存到土壤中的熱量大于在供暖期熱泵從土壤中取出的熱量，整個(gè)系統(tǒng)是可以長(zhǎng)期運(yùn)行，使用自編軟件設(shè)計(jì)的蓄熱系統(tǒng)是可靠地。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 季節(jié)性蓄熱 熱泵 VB編程 TRNSYS16
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP311.1;TU83
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-13
• 1.1.1 課題的背景10-11
• 1.1.2 研究的目的和意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 太陽能季節(jié)性土壤蓄熱的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 太陽能季節(jié)性蓄熱的研究16-30
• 2.1 太陽輻照度的計(jì)算和最佳傾斜角的選擇16-18
• 2.1.1 傾斜面上太陽輻射量的計(jì)算16-17
• 2.1.2 最佳傾斜角的選擇17-18
• 2.2 跨季節(jié)儲(chǔ)存太陽能的方法18-21
• 2.2.1 熱水蓄熱池系統(tǒng)18-19
• 2.2.2 礫石—水蓄熱系統(tǒng)19
• 2.2.3 地下含水層蓄熱系統(tǒng)19-20
• 2.2.4 地下埋管蓄熱系統(tǒng)20-21
• 2.3 土壤的熱物性的研究21-26
• 2.3.1 土壤比熱容21-22
• 2.3.2 土壤導(dǎo)熱系數(shù)22-24
• 2.3.3 土壤熱擴(kuò)散率24-25
• 2.3.4 土壤的初始溫度場(chǎng)25-26
• 2.4 U 型埋管換熱器的傳熱過程分析26-27
• 2.5 負(fù)荷狀態(tài)下 U 型管換熱器的傳熱機(jī)制27-29
• 2.5.1 蓄熱負(fù)荷下?lián)Q熱器的傳熱機(jī)制27-28
• 2.5.2 建筑熱負(fù)荷下?lián)Q熱器的傳熱機(jī)制28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 太陽能季節(jié)性蓄熱-土壤源熱泵蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)30-47
• 3.1 引言30-31
• 3.2 土壤換熱器的負(fù)荷計(jì)算31-32
• 3.2.1 建筑設(shè)計(jì)負(fù)荷的計(jì)算31
• 3.2.2 熱泵系統(tǒng)最大釋（吸）熱量的計(jì)算31-32
• 3.3 U 型埋管換熱器的布置形式32-34
• 3.4 U 型埋管換熱器長(zhǎng)度的計(jì)算34-36
• 3.4.1 傳熱熱阻的計(jì)算34-35
• 3.4.2 計(jì)算鉆孔的總長(zhǎng)度與鉆井深度35-36
• 3.5 U 型埋管換熱器長(zhǎng)度校核36-42
• 3.5.1 鉆孔外土壤區(qū)域的傳熱模型36-38
• 3.5.2 鉆孔內(nèi)部的傳熱模型38-42
• 3.6 U 型埋管換熱系統(tǒng)的水力計(jì)算42-43
• 3.6.1 壓力損失計(jì)算42-43
• 3.6.2 循環(huán)泵的選擇43
• 3.7 太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)43-46
• 3.8 本章小結(jié)46-47
• 第4章 蓄熱系統(tǒng)可視化設(shè)計(jì)軟件的編制47-66
• 4.1 引言47
• 4.2 VB 語言的簡(jiǎn)介47-52
• 4.2.1 使用 Visual Basic 開發(fā)軟件的優(yōu)勢(shì)47-48
• 4.2.2 Visual Basic 的編程環(huán)境48-52
• 4.2.3 使用 Visual Basic 開發(fā)軟件的步驟52
• 4.3 程序的編制52-65
• 4.3.1 軟件運(yùn)行流程圖52-53
• 4.3.2 軟件界面的設(shè)計(jì)53-64
• 4.3.3 軟件代碼設(shè)計(jì)的難點(diǎn)64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例及分析66-80
• 5.1 季節(jié)性太陽能蓄熱—地源熱泵蓄熱設(shè)計(jì)實(shí)例66-73
• 5.1.1 工程概況66-67
• 5.1.2 建筑物負(fù)荷計(jì)算及熱泵容量確定67-69
• 5.1.3 太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)69-71
• 5.1.4 地埋管換熱器的設(shè)計(jì)71-73
• 5.2 使用 TRNSYS16 對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)例分析73-78
• 5.2.1 Trnsys16 的簡(jiǎn)介73
• 5.2.2 系統(tǒng) Trnsys 模型的建立73-75
• 5.2.3 蓄熱階段模擬結(jié)果的分析75-76
• 5.2.4 供熱階段模擬結(jié)果的分析76-78
• 5.3 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 致謝87

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