太陽能—地源熱泵復合系統(tǒng)的模擬優(yōu)化

【摘要】：本文以實驗為基礎對螺桿地源熱泵機組理論模型中的多變指數(shù)進行了修正,建立了螺桿地源熱泵機組的灰箱模型,編寫了以此灰箱模型為基礎的螺桿地源熱泵機組FORTRAN模擬程序。模擬了R22為制冷劑螺桿地源熱泵機組的運行特性。分析夏季制冷、冬季制熱兩種運行工況下不同蒸發(fā)器入口水溫、冷凝器入口水溫及壓縮機輸氣量對機組的制冷量、制熱量、壓縮機功耗及COP的影響。 通過對熱泵機組的模擬獲得不同輸氣量條件下熱泵機組隨蒸發(fā)器入口水溫和冷凝器入口水溫變化的運行數(shù)據(jù),以此數(shù)據(jù)為基礎,結(jié)合地源熱泵機組的實際控制方式在TRNSYS環(huán)境中搭建熱泵機組模擬模塊,此方法避免了熱泵機組程序的重復計算加快了模擬速度,同時比簡單的滿負荷的啟?？刂撇呗栽黾恿四M精度,更加符合熱泵機組的實際運行狀況。使系統(tǒng)小步長的長時間模擬更加準確快速。 對利用太陽能在5月1日到10月1日期間為地源熱器蓄熱的方法進行了模擬,驗證了利用太陽能資源比較豐富的時間進行蓄熱的可行性。確定了不同集熱器面積下的太陽能蓄熱水泵的流量的計算方法。 提出了太陽能交替蓄熱-地源熱泵系統(tǒng),以沈陽地區(qū)某建筑為具體研究對象,建立包括太陽能集熱器、地源熱泵機組、地源換熱器、控制系統(tǒng)、氣象參數(shù)、水泵和建筑負荷在內(nèi)的復合系統(tǒng)的TRNSYS動態(tài)模型。對常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)和不同集熱器面積的太陽能交替蓄熱-地源熱泵系統(tǒng)進行了長達9年的模擬。 對常規(guī)地源熱泵和不同面積太陽能集熱器面積的太陽能交替蓄熱-地源熱泵系統(tǒng)的瞬時制熱能力、制冷能力、制熱能耗、制冷能耗進行了模擬,并進行了逐年積分,對于制熱能力不足的系統(tǒng)引入冬季制熱輔助熱源(燃煤鍋爐),把耗電折合成燃煤,得出了不同系統(tǒng)的綜合能耗、能效、燃煤量,CO2、SO2、NO2的排放量。 沈陽地區(qū)存在冷熱負荷不平衡的問題,如果采用常規(guī)方式的地源熱泵系統(tǒng),這種冷熱負荷的不平衡將造成地溫均值的下降,從而引起冬季地源熱泵機組的保護性停機,無法滿足用戶的冬季供熱需求,而采用太陽能冬季補熱的形式由于沈陽地區(qū)冬季太陽能集熱效果差,需要較大集熱器面積和集熱效果更好的真空管熱管集熱器,極大的提高了初投資。而利用太陽能資源豐富的時間進行蓄熱可以使用價格相對較低的平板型太陽能集熱器即可達到較好的集熱效果。 得出了太陽能交替蓄熱-地源熱泵系統(tǒng)可以在不使用冬季輔助熱源的情況下,實現(xiàn)地下溫度場的動態(tài)穩(wěn)定,既能改善地源熱泵冬季供熱能力不足又不會引起夏季制冷能力的下降,在所研究的建筑中平板型太陽能集熱器面積達到400m2時,太陽能交替蓄熱-地源熱泵系統(tǒng)既可以為用戶提供滿足舒適度要求的冷熱量,又具有較高的能效比和環(huán)境效益,是最優(yōu)配置。 【關鍵詞】：地源熱泵 交替蓄熱 冷熱負荷不平衡 TRNSYS
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU831
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 太陽能-地源熱泵系統(tǒng)11-16
• 1.2.1 太陽能-地源熱泵系統(tǒng)簡介11-14
• 1.2.3 制冷模式14-15
• 1.2.4 蓄熱模式的優(yōu)點15-16
• 1.3 太陽能和地源熱泵復合系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 國外16-17
• 1.3.2 國內(nèi)17-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 螺桿地源熱泵機組的模擬、實驗及分析析19-39
• 2.1 地源熱泵機組的數(shù)學模型19-28
• 2.1.1 蒸發(fā)器模型20-23
• 2.1.2 冷凝器模型23-25
• 2.1.3 螺桿壓縮機模型25-27
• 2.1.4 節(jié)流閥27
• 2.1.5 制冷劑27
• 2.1.6 壓縮機電機效率27-28
• 2.2 地源熱泵機組模擬程序28-30
• 2.2.1 機組技術數(shù)據(jù)28-29
• 2.2.2 仿真算法29-30
• 2.3 地源熱泵機組滿負荷運行時的模擬、實驗及分析30-34
• 2.3.1 制冷工況下制冷量及功耗的模擬與驗證30-31
• 2.3.2 制熱工況下制熱量及功耗的模擬與驗證31-32
• 2.3.3 制冷和制熱工況下熱泵機組性能系數(shù)的模擬32-34
• 2.4 地源熱泵機組全工況運行時的模擬、實驗及分析34-37
• 2.4.1 機組全工況蒸發(fā)溫度、冷凝器溫度的模擬與分析34-35
• 2.4.2 機組全工況制冷量、制熱量和指示功的模擬與分析35-36
• 2.4.3 機組全工況能效比的模擬與分析36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第3章 太陽能為地源換熱器蓄熱效果分析39-59
• 3.1 太陽能系統(tǒng)39-48
• 3.1.1 平板型太陽能集熱器簡介39-40
• 3.1.2 太陽能集熱器數(shù)學模型40-42
• 3.1.3 太陽能朝向及傾斜角度42-43
• 3.1.4 太陽能蓄熱水泵43-48
• 3.2 地源換熱器48-54
• 3.2.1 蓄熱體簡介48-49
• 3.2.2 蓄熱體數(shù)值模型49-54
• 3.3 蓄熱的模擬與分析54-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第4章 系統(tǒng)運行及控制59-74
• 4.1 系統(tǒng)運行59-60
• 4.2 系統(tǒng)模擬設計60-63
• 4.3 熱泵機組控制63-72
• 4.3.1 熱泵制熱時壓縮機加卸載控制64-68
• 4.3.2 熱泵制冷時機組的加卸載控制68-72
• 4.4 水泵運行及控制72-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第5章 系統(tǒng)的模擬與分析74-88
• 5.0 建筑負荷分析74-75
• 5.1 地溫均值分析75-76
• 5.2 制熱量制冷量分析76-78
• 5.3 能耗分析78-82
• 5.4 能效分析82-85
• 5.5 環(huán)境效益評價85-86
• 5.6 本章小結(jié)86-88
• 第6章 總結(jié)與展望88-90
• 6.1 研究結(jié)論88-89
• 6.2 課題展望89-90
• 參考文獻90-95
• 致謝95
• 攻讀碩士學位期間論文發(fā)表及科研情況95

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地源熱泵及其應用    張新世;

北美地區(qū)的地源熱泵技術與應用    徐云生;王寬;

太陽能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化運行方式的研究    馮曉梅;張昕宇;鄒瑜;鄭瑞澄;張輝;

武漢地區(qū)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行測試與分析    陳焰華;於仲義;胡平放;雷飛;孫啟明;江章寧;

某別墅地源熱泵空調(diào)    馮廷龍;韓明;王德林;

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)基礎應用研究    唐宏偉;淘金;王德林;

太陽能熱水器行業(yè)洗牌迫在眉睫    華訊

不漏過一絲陽光    本報記者 馮衛(wèi)東　張巍巍

清潔能源推動采暖變革    王強

廬江地源熱泵技術項目獲批興建    凡利達

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地源熱泵對防止全球變暖所作的貢獻    博世熱力技術北京有限公司 埃德姆

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房企擁抱“陽光”產(chǎn)業(yè)進行時    馬琳

全球最大太陽能空調(diào)在津啟用    記者　卞建國 通訊員　大山實習生 徐建昭

直接膨脹式地源熱泵單U換熱器傳熱特性及系統(tǒng)性能分析    郭永輝

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行建模研究及能效分析    雷飛

地源熱泵地埋管隨機傳熱與可靠性理論研究    劉卓棟

地源熱泵U型埋管換熱器的變周期模型研究    徐堅

地源熱泵控制策略理論與系統(tǒng)實驗研究    胡濤

豎直埋管地源熱泵恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)研究    余鑫

促進地源熱泵在建筑中應用的經(jīng)濟激勵機制研究    張國東

地熱換熱器的傳熱問題研究及其工程應用    刁乃仁

地源熱泵實驗臺及同軸套管換熱器傳熱模型研究    劉冬生

動態(tài)負荷下地源熱泵性能研究    王勇

新疆地區(qū)太陽能地源熱泵聯(lián)合應用研究    張軍

溫濕度獨立控制地源熱泵系統(tǒng)運行策略研究    李揚

中埋地源熱泵系統(tǒng)運行特性分析與實驗研究    趙進

太陽能—地源熱泵復合系統(tǒng)的模擬優(yōu)化    丁兆磊

成都地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)運行特性研究    曹曉玲

熱濕傳遞綜合作用下地源熱泵運行特性分析    杜梅霞

地源熱泵—太陽能復合系統(tǒng)在辦公建筑中的應用研究    張士松

水源輔助散熱的復合地源熱泵系統(tǒng)性能模擬與經(jīng)濟性分析    李季勛

地源熱泵系統(tǒng)地埋換熱器熱短路問題的研究    石文

地埋管地源熱泵系統(tǒng)的區(qū)域適應性研究    李敏