大連地區(qū)太陽能—土壤源熱泵系統(tǒng)匹配特性研究

【摘要】：隨著環(huán)境的惡化和全球性能源危機的加劇,環(huán)保和節(jié)能已經(jīng)成為世界各國發(fā)展的主題,可再生能源和無污染的新能源的開發(fā)利用與節(jié)能減排受到了廣泛的重視。太陽能-土壤源熱泵聯(lián)合供暖(制冷)系統(tǒng)是一種用可再生能源的環(huán)保、高效節(jié)能的系統(tǒng)。太陽能與土壤源熱泵聯(lián)合供暖可以相互取長補短,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,彌補單一熱源的不足,提高采暖系統(tǒng)的性能。一方面,土壤具有蓄熱、延時性和穩(wěn)定性的特點,可以在太陽能不足時使用。另一方面,由于太陽能的供熱作用,可使得地下?lián)Q熱器間歇運行,土壤的溫度場能夠及時得到恢復(fù),熱泵的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度波動不大,從而保證熱泵的穩(wěn)定運行。 本文針對太陽能-土壤源熱泵的供熱特點,提出了房間溫度控制與水箱溫度控制2種不同的運行策略。以典型別墅建筑為研究對象,在大連典型氣象年天氣參數(shù)基礎(chǔ)之上,以滿足建筑熱負(fù)荷為目標(biāo),在TRNSYS軟件上建立了太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合并聯(lián)供暖的數(shù)學(xué)模型。利用太陽能熱水系統(tǒng)實驗臺對TRNSYS軟件中真空管集熱器模塊數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗證。根據(jù)模擬結(jié)果分析對比了2種控制策略的優(yōu)劣,以房間溫度控制土壤源熱泵的控制策略,系統(tǒng)有更低的能耗,能最大限度的減少土壤源熱泵的運行時間。以水箱溫度控制土壤源熱泵的控制策略,系統(tǒng)擁有更靈活的蓄熱量調(diào)節(jié)范圍,設(shè)備選型更小。由于房間溫度控制的運行方式能耗較低,所以以該運行方式為基礎(chǔ)就系統(tǒng)集熱器面積、水箱容積、土壤源熱泵能力的匹配進(jìn)行了影響程度分析。結(jié)果顯示,當(dāng)系統(tǒng)中組件承擔(dān)負(fù)荷比例相對較小時,調(diào)節(jié)水箱容積對系統(tǒng)運行COP影響最大。反之當(dāng)組件承擔(dān)相對較大的負(fù)荷比例時,改變集熱器面積對系統(tǒng)運行COP影響最大。 為了找到太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)主要部件之間的匹配關(guān)系來更好的指導(dǎo)該系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用,本文選擇了一棟具有代表性的65%節(jié)能建筑作為模擬對象。首先對建筑的負(fù)荷情況進(jìn)行了模擬分析,以滿足采暖要求為判斷條件,對房間溫度控制和水箱溫度控制兩種控制策略可能產(chǎn)生的組合進(jìn)行了模擬,得到系統(tǒng)在2種不同的控制策略下集熱器面積、水箱體積和熱泵制熱量之間的匹配關(guān)系曲線。分析了曲線的形成原因和對系統(tǒng)選型的影響。以系統(tǒng)組成為基礎(chǔ),將熱源分類為固定熱源和可變熱源兩部分,系統(tǒng)的選型和控制策略的選擇最終目標(biāo)是在兩者之間獲得平衡。對于一棟建筑的采暖系統(tǒng)選型是先根據(jù)限定條件,如可用面積,初投資,希望達(dá)到的COP,確定一個組件(集熱器、土壤源熱泵、蓄熱水箱)的型號,根據(jù)文中提出的方法,計算熱負(fù)荷,計算固定得熱量和可變得熱量,選擇運行策略,然后按照文中的選型曲線對系統(tǒng)其他組件進(jìn)行選型即可。 【關(guān)鍵詞】：太陽能-土壤源熱泵 控制策略 模擬 匹配關(guān)系 系統(tǒng)選型
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TU831.3;TU18
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景和意義10-12
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 太陽能供暖系統(tǒng)的發(fā)展12-14
• 1.2.2 太陽能-土壤源熱泵的發(fā)展14-16
• 1.3 本學(xué)位論文主要研究內(nèi)容16-18
• 2 太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計18-23
• 2.1 太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)形式18-19
• 2.2 太陽能-土壤源熱泵運行策略設(shè)計19-22
• 2.2.1 采暖側(cè)控制20
• 2.2.2 熱源側(cè)太陽能集熱器控制20-21
• 2.2.3 熱源側(cè)土壤源熱泵開啟控制21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 3 太陽能-土壤源熱泵并聯(lián)供暖系統(tǒng)建模23-39
• 3.1 軟件介紹23-24
• 3.1.1 軟件簡介23-24
• 3.1.2 本課題采用模塊24
• 3.2 主要模塊介紹24-32
• 3.2.1 熱泵組件24-27
• 3.2.2 地埋管換熱器27-28
• 3.2.3 水箱28-29
• 3.2.4 真空管集熱器29-31
• 3.2.5 水泵31
• 3.2.6 建筑31
• 3.2.7 天氣參數(shù)31
• 3.2.8 控制組件31-32
• 3.3 集熱器模型的實驗驗證32-38
• 3.3.1 實驗方法32
• 3.3.2 實驗設(shè)備32-34
• 3.3.3 模擬方法34-35
• 3.3.4 實驗結(jié)果35-37
• 3.3.5 結(jié)果分析37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 主要組件對系統(tǒng)影響程度分析39-53
• 4.1 模擬建筑簡介與負(fù)荷計算39-41
• 4.1.1 建筑簡介39-40
• 4.1.2 負(fù)荷計算40-41
• 4.2 不同控制方案對比41-46
• 4.2.1 模擬系統(tǒng)選型及連接41-44
• 4.2.2 模擬運算結(jié)果及分析44-46
• 4.3 敏感性分析46-52
• 4.3.1 分析方法簡介46-48
• 4.3.2 結(jié)果與分析48-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 5 太陽能-土壤源熱泵組件設(shè)計與選型53-78
• 5.1 設(shè)計與選型方法53
• 5.1.1 設(shè)計選型研究方法53
• 5.1.2 代表性建筑選擇53
• 5.2 代表性建筑簡介53-56
• 5.2.1 建筑圍護結(jié)構(gòu)簡介54-55
• 5.2.2 采暖系統(tǒng)形式與流量計算55
• 5.2.3 建筑負(fù)荷計算55-56
• 5.3 組件選擇與模擬要點56-59
• 5.3.1 土壤源熱泵選擇56-57
• 5.3.2 集熱器與水箱設(shè)計57
• 5.3.3 模擬系統(tǒng)圖57-58
• 5.3.4 模擬要點58-59
• 5.4 房間溫度控制模擬結(jié)果59-65
• 5.5 水箱溫度控制65-66
• 5.5.1 模擬系統(tǒng)圖65-66
• 5.5.2 模擬要點66
• 5.6 水箱溫度控制結(jié)果66-70
• 5.7 兩種控制方案對比70-76
• 5.8 選型建議76-77
• 5.9 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況83
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目83-84
• 致謝84-85

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