基于土壤源热泵的太阳能跨季节蓄能的理论研究与实践

【摘要】：利用土壤源热泵进行太阳能跨季节蓄能可以有效地解决土壤源热泵系统土壤热失衡的问题。对于寒冷和严寒等热负荷占优的建筑气候区,本文针对基于土壤源热泵的太阳能跨季节蓄能机理、跨季节蓄能实践的可行性、蓄热系统的设计、蓄热周期的预测、蓄热过程的TRNSYS模拟分析、蓄热系统的匹配运行测量调试等问题开展系列研究。以一个实际工程为支撑,开展了跨季节蓄能的实践。首先,分析利用土壤源进行太阳能跨季节蓄能的可行性。建立双U型地埋管传热的物理模型和数学模型,利用Matlab软件对理论模型进行求解计算,得到土壤温度分布曲线和拟合方程,通过温度分布法计算得到地埋管换热器传热量。结果表明,地埋管换热器的换热量能够满足蓄热量的要求。其次,根据天津工业大学新校区A区设备站2010年、2011年和2012年土壤源热泵系统的运行能源账单和天津地区典型气象年的太阳能辐射数据,同时考虑太阳能利用率、极端天气、管路热量损失等因素,预测蓄热实验周期,设计蓄热实验系统并进行蓄热实验。蓄热实验分别测量了实验周期内的太阳能辐射强度、集热水箱供回水温度及流量、地埋管附近各层土壤实时温度,通过计算分别得到蓄热期内的太阳能辐射量、地埋管蓄热量和土壤温升等数据,利用太阳能利用率和延迟响应的概念分析了辐射量和蓄热量之间关系。实验中,总辐射量为956991.3MJ,总蓄热量为480299.1MJ,总蓄热量是地埋管年均取热量的2.03倍,总蓄热量占总辐射量的50.2%,太阳能平均利用率为50.2%。再次,利用TRNSYS模拟软件解决了过渡季节的跨季节蓄能难题。建立仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,提出相关的误差修正模型,用来消除气象参数和设备耗散热对模拟结果的影响。过渡季节的蓄热过程模拟结果表明,尽管在过渡季节,其储热量(247719.47k Wh)同样能够满足蓄热量的要求。最后,从土壤温度、蒸发器进水温度、系统和机组COP及经济环境性四个方面对蓄热效果进行了评价。根据2010年、2011年,2012年冬季土壤源热泵的能源账单,计算得到系统和机组的COP值,结果表明:在没有蓄热模式的情况下,土壤源热泵系统和机组的COP值是逐年下降的;进行蓄热实验后,系统和机组的COP有小幅度的提升,分别提升3.4%和2.4%。 【关键词】：土壤源热泵系统 太阳能跨季节蓄能 地埋管传热模型 TRNSYS模拟
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU83;TU17
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 选题背景10
• 1.2 选题目的和意义10-14
• 1.3 国内外研究现状14-19
• 1.3.1 国外研究现状14-16
• 1.3.2 国内研究现状16-19
• 1.4 主要研究内容及技术路线19-22
• 1.4.1 研究内容19-20
• 1.4.2 技术路线20-22
• 1.5 跨季节蓄热技术的优势和推广障碍22-24
• 第二章 土壤源热泵地埋管取热量与传热量分析24-46
• 2.1 现有经典模型理论25-29
• 2.1.1 无限长线热源理论25-27
• 2.1.2 圆柱热源理论27-29
• 2.2 双U型地埋管物理模型的建立与简化29-36
• 2.2.1 建模思想29-31
• 2.2.2 物理模型的假设条件31-32
• 2.2.3 深度方向上一维传热32-34
• 2.2.4 水平方向上二维非稳态传热34
• 2.2.5 初始条件与边界条件34-36
• 2.2.6 叠加理论36
• 2.3 双U型地埋管物理模型的求解与分析36-43
• 2.3.1 建立模型37-38
• 2.3.2 边界条件和各部分物性参数38-39
• 2.3.3 模型计算结果39-43
• 2.4 理论蓄热量的计算43-44
• 2.4.1 热流量法43
• 2.4.2 传热系数法43
• 2.4.3 温度分布法43-44
• 2.5 实际历年取热量44-45
• 2.6 本章小结45-46
• 第三章 蓄热理论及实验分析46-70
• 3.1 蓄热理论47-53
• 3.1.1 能量平衡方程48-49
• 3.1.2 系统各部件介绍49-53
• 3.2 预测蓄热周期53-54
• 3.3 蓄热实验54-66
• 3.3.1 太阳能辐射量54-59
• 3.3.2 集热水箱供水温度59-62
• 3.3.3 集热水箱回水温度62-64
• 3.3.4 地埋管蓄热量64-66
• 3.4 辐射量和蓄热量的关系66-69
• 3.4.1 太阳能利用率66-68
• 3.4.2 延迟响应68
• 3.4.3 提高太阳能利用率的办法68-69
• 3.5 本章小结69-70
• 第四章 过渡季节蓄热过程的可行性分析70-82
• 4.1 TRNSYS简介70-71
• 4.2 仿真模型71-72
• 4.3 仿真模型可行性及误差修正模型72-78
• 4.3.1 气象参数对比72-73
• 4.3.2 集热水箱的平均供回水温度及土壤平均温度对比73-75
• 4.3.3 日蓄热量数据对比75
• 4.3.4 仿真模拟总结75-76
• 4.3.5 误差修正模型76-78
• 4.4 过渡季蓄热过程模拟78-81
• 4.4.1 过渡季节集热水箱供回水温度及土壤平均温度模拟结果79-80
• 4.4.2 过渡季节日蓄热量模拟结果80
• 4.4.3 过渡季节模拟结果总结及修正80-81
• 4.5 本章小结81-82
• 第五章 蓄热效果的评价82-98
• 5.1 蓄热前后土壤温度变化83-84
• 5.2 蓄热前、后土壤源热泵机组运行记录对比84-88
• 5.2.1 蓄热前土壤源热泵机组运行记录84-86
• 5.2.2 蓄热后土壤源热泵机组运行记录86-87
• 5.2.3 蓄热前后蒸发器进水温度对比87-88
• 5.3 蓄热前后系统、机组能效比对比88-92
• 5.3.1 蓄热前热泵系统能效比计算方法和结果88-90
• 5.3.2 蓄热后热泵系统能效比计算方法和结果90
• 5.3.3 蓄热前、后机组能效比对比90-92
• 5.4 太阳能-土壤源热泵的环境影响评价92-93
• 5.5 太阳能-土壤源热泵的经济性评价93-96
• 5.5.1 实际节煤量计算方法和结果93-94
• 5.5.2 环境效益评估计算方法和结果94-96
• 5.5.3 蓄热前后经济环境性评价对比96
• 5.6 本章小结96-98
• 第六章 总结与展望98-101
• 6.1 创新点98
• 6.2 结论98-100
• 6.3 展望100-101
• 参考文献101-110
• 发表论文和参加科研情况说明110-111
• 致谢111-112

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

土壤源热泵冬夏季应用的可行性分析    朱岩,杨历,李中领

土壤源热泵特性分析及其在天津地区的应用    何崇智;张瑞权;刘世超;王卓胤;

土壤源热泵的研究与现状    卢继龙;彭建国;杨光;

浅析土壤源热泵的优势与应用    张金生;

土壤源热泵空调末端系统的分析    王春艳;樊荔;

土壤源热泵技术推广可行性分析    彭莉;

土壤源热泵技术发展与应用综述    于伟强;康景文;李国祥;李帅;

长春地区土壤源热泵的节能与经济技术性分析    甄勃;焦迎新;

土壤源热泵在天津某别墅项目的应用及其经济分析    王存艳;侯家涛;郭宏宾;

住宅土壤源热泵应用研究    孙建华;

成都地区土壤源热泵发展与应用综述    康景文;李国祥;

土壤源热泵的国内外发展历史与现状    李家伟;廉乐明;于立强;

我国土壤源热泵的研究现状及应用前景    隋学敏;张旭;官燕玲;

土壤源热泵评价软件编制及北方地区适宜性研究    孟桃;

系统化的土壤源热泵设计方法    肖龙;朱清宇;徐伟;

土壤源热泵的热力学性能分析    肖峰;高建岭;刘建龙;

土壤源热泵与间歇性负荷耦合的特性分析    李延菲;张子平;李琼;

土壤源热泵的研究与应用    徐亚娟;革非;

土壤源热泵的研究进展与工程应用    恽超;

土壤源热泵在建筑中的应用    吕巨功;

专家共商土壤源热泵行业发展大计    顾猛

土壤源热泵助海关楼冷暖自如    通讯员 徐维宏　记者 李耀华

优化设计促土壤源热泵更节能    本报记者 李静华

用土壤供暖制冷    魏占学 王建忠 张莉 赵珺

“晋瑞苑”主体全面封顶    陈剑

锦州土壤做能源 夏制冷冬取暖    顾明胜　本报记者 朱忠鹤

我省单体面积最大节能小区主体全面封顶    本报记者

晋瑞苑：节能环保省钱一举三得    本报记者 张剑雯

绿色典范的亮丽风景线    铁建晓

空调自然生 天蓝水更清    交轩

基于土壤源热泵的太阳能跨季节蓄能的理论研究与实践    刘龙

太阳能土壤蓄热供暖（冷）系统埋地换热器性能研究    王芳

土壤热湿传递与土壤源热泵的理论与实验研究    张玲

土壤源热泵多换热井特性实验与系统模拟研究    周静

基于中原地区的水/土壤源热泵适宜性评价技术研究    杜永恒

土壤源热泵不同地下埋管形式的实测与数值模拟研究    金鑫

北方低能耗居住建筑土壤源热泵联合空气源热泵系统研究    付莹

严寒地区太阳能与土壤源热泵耦合技术的分析与研究    吕中一

冷却塔过渡季节土壤蓄冷的混合式土壤源热泵可行性分析    李康

土壤源热泵间歇供冷时土壤温度场及系统能耗研究    肖璠

太阳能—土壤源热泵双热源耦合特性及地下蓄能传热强化研究    梁幸福

直膨式土壤源热泵系统仿真及实验研究    杨思思

公共建筑用土壤源热泵机组运行性能测试分析及其模拟预测    张信树