太陽能—土壤源熱泵系統(tǒng)太陽能保證率的研究

【摘要】：社會經(jīng)濟飛速發(fā)展,能源卻逐漸衰竭。為促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,推進節(jié)能減排政策,提倡開發(fā)新能源和可再生能源等方針勢在必行。由于利用了太陽能和淺層地熱能這兩種儲量豐富且易于收集的清潔可再生能源,太陽能-土壤源(Solar Assisted Ground-source,簡稱SAGS)熱泵系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面具有其它供冷熱系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。太陽能保證率體現(xiàn)了系統(tǒng)太陽能熱利用程度,是太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)重要的設(shè)計參數(shù)。受地理、氣候、負荷特性等因素影響,太陽能保證率最佳值涉及問題復(fù)雜,研究難度大,目前國內(nèi)外對該問題的研究相對不足。鑒于此,本研究采用實驗研究和模擬分析相結(jié)合的方法,從不同角度分析了系統(tǒng)太陽能保證率選取問題,并綜合給出最佳太陽能保證率選取的相關(guān)建議。 首先,本文以大連理工大學土壤源熱泵系統(tǒng)為基礎(chǔ),設(shè)計并建立了太陽能-土壤源熱泵實驗系統(tǒng),該系統(tǒng)具有夏季供冷、冬季供熱、過渡季蓄熱三種運行模式,用以滿足此類系統(tǒng)實驗研究。 其次,本文以TRNSYS軟件為平臺,建立了對應(yīng)于實驗系統(tǒng)的數(shù)學仿真模型,用以進一步的系統(tǒng)分析。利用建成后的系統(tǒng)進行了三組實驗研究,確保基于TRNSYS軟件所建數(shù)學模型的正確性。分析結(jié)果表明,本研究所建數(shù)學模型較為準確,可滿足更深入、更全面的系統(tǒng)研究。 最后,利用經(jīng)過驗證的數(shù)學模型分析系統(tǒng)太陽能保證率問題。以大連地區(qū)辦公建筑為例,結(jié)合《公共建筑節(jié)能(65%)設(shè)計標準》(遼寧省地方標準)DB21/T1899-2011,本文具體分析了系統(tǒng)最佳太陽能保證率選取方法。利用DeST軟件分析建筑全年逐時負荷,并用TRNSYS軟件深入分析系統(tǒng)性能。選用集熱器面積、水箱容積、跨季節(jié)蓄熱啟動溫度、地埋管深度、地埋管數(shù)量5個因素,運用正交試驗原理,分析系統(tǒng)太陽能保證率敏感性,并從運行能耗、土壤溫度平衡、系統(tǒng)經(jīng)濟性等角度給出相關(guān)建議。結(jié)合對不同地區(qū)、不同類型建筑、不同節(jié)能率建筑的分析,綜合給出關(guān)于太陽能保證率選取方面的合理建議。研究結(jié)果表明,集熱器面積是系統(tǒng)供暖季太陽能保證率的高度顯著性影響因素,設(shè)計集熱器面積應(yīng)最大程度地滿足系統(tǒng)經(jīng)濟性高、土壤溫度基本實現(xiàn)平衡、運行能耗低,此時的太陽能保證率為系統(tǒng)最佳太陽能保證率,且其與所在地太陽能資源狀況以及建筑體形系數(shù)、負荷特性、節(jié)能率等因素相關(guān)。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 土壤源熱泵 保證率 敏感性分析 TRNSYS
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU831
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 課題研究背景和意義11-14
• 1.1.1 課題研究背景11-12
• 1.1.2 研究目的和意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 TRNSYS在太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文的主要工作17-19
• 1.3.1 存在的問題17
• 1.3.2 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 2 太陽能-土壤源熱泵實驗系統(tǒng)建設(shè)19-38
• 2.1 系統(tǒng)原理設(shè)計19-23
• 2.1.1 夏季供冷20
• 2.1.2 冬季供熱20-22
• 2.1.3 過渡季土壤蓄熱22-23
• 2.2 系統(tǒng)主要部件設(shè)計23-35
• 2.2.1 太陽能集熱系統(tǒng)23-30
• 2.2.2 土壤換熱系統(tǒng)30-31
• 2.2.3 熱泵機組31
• 2.2.4 循環(huán)泵31-33
• 2.2.5 自動控制系統(tǒng)33-35
• 2.2.6 其它部件35
• 2.3 數(shù)據(jù)采集儀農(nóng)選型35-37
• 2.3.1 流量計35-36
• 2.3.2 熱電阻36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 3 太陽能-土壤源熱泵供熱系統(tǒng)數(shù)學模型建立38-53
• 3.1 TRNSYS軟件介紹38
• 3.2 模擬系統(tǒng)特性38-39
• 3.3 主要模塊及設(shè)置39-51
• 3.3.1 設(shè)備模塊40-48
• 3.3.2 文件讀取模塊48
• 3.3.3 控制模塊48-51
• 3.3.4 輸出模塊51
• 3.4 基于TRNSYS軟件的實驗系統(tǒng)模型建立51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 4 實驗及模型驗證53-68
• 4.1 實驗研究53-57
• 4.1.1 實驗工況53
• 4.1.2 測量儀器和測點布置53-55
• 4.1.3 實驗策略55
• 4.1.4 實驗結(jié)果計算方法55-57
• 4.2 模擬與實驗結(jié)果對比分析57-66
• 4.2.1 實驗工況對應(yīng)的系統(tǒng)模型57-58
• 4.2.2 太陽能集熱模型實驗驗證58-60
• 4.2.3 土壤源熱泵模型的實驗驗證60-63
• 4.2.4 太陽能蓄熱模型的實驗驗證63-66
• 4.3 誤差產(chǎn)生原因66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 5 系統(tǒng)最佳太陽能保證率分析68-92
• 5.1 研究對象68-70
• 5.1.1 圍護結(jié)構(gòu)熱工性能69-70
• 5.1.2 負荷分析70
• 5.2 太陽能保證率敏感性分析70-77
• 5.2.1 正交試驗設(shè)計71-73
• 5.2.2 結(jié)果與分析73-77
• 5.3 節(jié)能性分析77-78
• 5.4 土壤熱平衡分析78-80
• 5.5 經(jīng)濟性分析80-83
• 5.6 最佳太陽能保證率確定83-84
• 5.7 不同太陽能資源分區(qū)最佳太陽能保證率分析84-85
• 5.8 不同類型建筑最佳太陽能保證率分析85-87
• 5.8.1 辦公建筑85-86
• 5.8.2 住宅建筑86-87
• 5.9 不同節(jié)能率建筑最佳太陽能保證率分析87-90
• 5.9.1 節(jié)能85%住宅建筑88-89
• 5.9.2 節(jié)能90%住宅建筑89-90
• 5.10 最佳太陽能保證率選取建議90-91
• 5.11 本章小結(jié)91-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻94-99
• 附錄A1 L_(16)(2~(15))試驗各因素及水平介紹99-100
• 附錄A2 L_(16)(2~(15))試驗計劃和目標值(太陽能保證率)100-101
• 附錄A3 L_(16)(2~(15))方差分析表(太陽能保證率)101-102
• 附錄A4 L_(16)(2~(15))試驗計劃和目標值(系統(tǒng)年運行能耗)102-103
• 附錄A5 L_(16)(2~(15))方差分析表(系統(tǒng)年運行能耗)103-104
• 附錄A6 L_(16)(2~(15))試驗計劃和目標值(土壤溫度)104-105
• 附錄A7 L_(16)(2~(15))方差分析表(土壤溫度)105-106
• 附錄A8 L_(16)(2~(15))試驗計劃和目標值(費用年值)106-107
• 附錄A9 L_(16)(2~(15))方差分析表(費用年值)107-108
• 附錄A10 L_(16)(2~(15))試驗計劃和目標值(年平均集熱效率)108-109
• 附錄A11 L_(16)(2~(15))方差分析表(年平均集熱效率)109-110
• 附錄B1 L_(32)(4~9)試驗安排表(系統(tǒng)年運行能耗)110-111
• 附錄B2 L_(32)(4~9)試驗極差和方差分析(系統(tǒng)年運行能耗)111-112
• 附錄B3 L_(25)(5~6)試驗計劃和TRNSYS計算結(jié)果(土壤溫度)112-113
• 附錄B4 L_(32)(4~9)試驗時系統(tǒng)年運行費用113-114
• 附錄B5 L_(32)(4~9)試驗安排下系統(tǒng)初投資和維護費用114-115
• 附錄B6 L_(32)(4~9)試驗安排下系統(tǒng)費用年值115-116
• 附錄B7 L_(32)(4~9)試驗計劃和TRNSYS計算結(jié)果(費用年值)116-117
• 附錄B8 L_(32)(4~9)試驗方差分析表(費用年值)117-118
• 附錄B9 L_(25)(5~6)試驗計劃和TRNSYS計算結(jié)果(年平均集熱效率)118-119
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況119
• 攻讀碩士學位期間參加科研項目119-120
• 致謝120-121

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