北京地區(qū)太陽能—土壤源復合式熱泵系統(tǒng)應(yīng)用特性研究

【摘要】：地源熱泵技術(shù)作為一種利用可再生能源的暖通空調(diào)新技術(shù),是建筑節(jié)能領(lǐng)域國際上通用的高效節(jié)能技術(shù)。目前,國內(nèi)外關(guān)于地源熱泵技術(shù)方面研究的熱門課題之一是同其他冷熱源相結(jié)合的復合式系統(tǒng)的研究。但是,由于地域條件,系統(tǒng)造價、氣候特點、集成技術(shù)特點不同等原因,國外的研究結(jié)論不一定適用于中國的具體國情。所以,本課題研究以太陽能為輔助熱源的復合式系統(tǒng)在北方寒冷氣候條件下的適應(yīng)性和經(jīng)濟性,以期為實際工程設(shè)計提供參考。 本文從土壤源和太陽能作為復合式熱源的角度出發(fā),主要做了以下研究工作：①選取北京地區(qū)單體低密度建筑為基準建筑,使用TRNSYS軟件建模,進行全年逐時負荷模擬；②根據(jù)規(guī)范以及實際情況,進行了土壤源熱泵系統(tǒng)、太陽能系統(tǒng)的設(shè)計并對一些關(guān)鍵參數(shù)的選取進行了討論；③以TRNSYS軟件為平臺,分別建立了土壤源熱泵系統(tǒng)、混合式系統(tǒng)兩種運行模式的計算模型；④選取不同鉆孔深度,選定幾個具有代表性的參數(shù),對比分析復合式系統(tǒng)相對于單獨埋管系統(tǒng)在系統(tǒng)性能上的提升作用,并對最優(yōu)運行模式進行了選取；⑤運用優(yōu)化分析軟件,以全壽命周期成本最小為目標函數(shù),選用胡克-捷夫優(yōu)化算法,對單獨埋管系統(tǒng)、混合式系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行了優(yōu)化分析；⑥對土壤源熱泵系統(tǒng)地下溫度場變化趨勢和規(guī)律進行了分析和探討。 本文的主要結(jié)論：①在土壤源熱泵系統(tǒng)供暖季運行工況不佳時,比如地埋管尺寸不夠的情況下,混合式系統(tǒng)可以明顯改善系統(tǒng)的運行性能；②運行模式二的綜合效果最優(yōu),如果單純的在冬季供暖情況下使用太陽能作為輔助熱源,此運行模式可作為實際工程設(shè)計與運行的優(yōu)選方案；③地下?lián)Q熱器系統(tǒng)的設(shè)計要綜合考慮全年進出口溫度和地埋管造價的影響；④土壤平均溫度可作為預測系統(tǒng)運行狀況的一個優(yōu)選參數(shù)。在進行土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計時,運行期末允許的地溫下降幅度與地下?lián)Q熱器的鉆孔費用有關(guān),在本文的研究條件下,此值約為2.0～2.4℃。否則,應(yīng)增加地下?lián)Q熱器的尺寸或增設(shè)輔助熱源；⑤按照供暖季補熱的原則來選擇設(shè)計太陽能系統(tǒng),并非經(jīng)濟。應(yīng)該考慮季節(jié)性蓄熱等措施減少選取的集熱器面積,同時在非采暖季通過提供生活熱水等途徑,最大限度的利用太陽能系統(tǒng)；⑥應(yīng)用混合式系統(tǒng)的條件應(yīng)該是在各種原因?qū)е碌牡叵聯(lián)Q熱器尺寸不夠時。 限于條件,本論文只對北京地區(qū)太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的運行狀況進行了模擬研究,所得結(jié)果還有待于通過實驗來驗證。本論文研究的結(jié)果可以為太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的實際設(shè)計、運行及管理提供參考。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 土壤源熱泵 土壤平均溫度 TRNSYS
【學位授予單位】：中國建筑科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TU831
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 土壤源熱泵系統(tǒng)11-13
• 1.2.2 太陽能建筑應(yīng)用13-15
• 1.2.3 太陽能-土壤源熱泵結(jié)合15-17
• 1.3 課題的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 計算軟件和數(shù)學模型19-39
• 2.1 計算軟件19-20
• 2.2 太陽能集熱器模型20-25
• 2.2.1 術(shù)語21-22
• 2.2.2 數(shù)學描述22-23
• 2.2.3 對理想效率曲線的修正23-24
• 2.2.4 外部數(shù)據(jù)文件24-25
• 2.3 地埋管模型25-35
• 2.3.1 傳熱過程26-27
• 2.3.2 局部傳熱過程27-29
• 2.3.3 數(shù)值計算過程29-35
• 2.4 水源熱泵機組模型35-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計39-52
• 3.1 太陽能-土壤源熱泵聯(lián)合運行系統(tǒng)的提出39-42
• 3.2 基準建筑的選取以及負荷計算42-45
• 3.3 土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計45-49
• 3.3.1 熱泵機組和循環(huán)水泵45-46
• 3.3.2 一些物性參數(shù)的確定46-47
• 3.3.3 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計47-49
• 3.4 太陽能系統(tǒng)的設(shè)計49-50
• 3.4.1 太陽能集熱器面積的確定49
• 3.4.2 貯熱水箱容積的確定49-50
• 3.4.3 太陽能系統(tǒng)控制策略50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合運行特性的研究52-69
• 4.1 研究的思路52
• 4.2 分析研究過程52-59
• 4.2.1 熱泵機組的進水溫度52-54
• 4.2.2 機組COP54-56
• 4.2.3 年節(jié)電量56-57
• 4.2.4 地下取熱量57-58
• 4.2.5 供暖季集熱量58-59
• 4.3 系統(tǒng)的優(yōu)化分析59-67
• 4.3.1 單獨埋管系統(tǒng)的優(yōu)化62-64
• 4.3.2 混合式系統(tǒng)的優(yōu)化64-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第5章 土壤平均溫度的狀況分析及變化規(guī)律69-82
• 5.1 土壤溫度場變化趨勢分析69-72
• 5.2 土壤溫度場變化規(guī)律分析72-80
• 5.2.1 地下?lián)Q熱器吸排熱量平衡系統(tǒng)72-75
• 5.2.2 地下?lián)Q熱器吸排熱量不平衡系統(tǒng)75-78
• 5.2.3 計算結(jié)果的討論78-80
• 5.3 本章小結(jié)80-82
• 第6章 總結(jié)與展望82-85
• 6.1 工作總結(jié)82-83
• 6.2 展望83-85
• 參考文獻85-87
• 致謝87

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