太阳能—地源热泵系统运行特性实验研究

【摘要】：本世纪以来,能源危机和环境污染两大问题越发成为世界各国生存发展道路上的巨大阻碍,开发绿色可再生能源的需求越来越迫切。太阳能及浅层地热能作为新型绿色能源,凭借其能够有效对建筑体进行供暖,已经成为目前全球重点研究开发对象。太阳能和浅层地热能都有其独特的优点,但是单独使用却又有各自的缺陷,为解决此问题,本文对地源热泵系统和太阳能集热系统分别做了探讨,分析热管式真空管集热器和地源热泵的结构与工作原理,结合两者的优势与弊端,设计太阳能集热系统与地源热泵系统耦合使用的太阳能—地源热泵联合系统运行方案,克服由于太阳能的间歇性给系统带来的影响,且能够缓解土壤温度场的恢复压力,具有节能环保的良好效果。 本文为探究太阳能—地源热泵联合系统的运行特性,联合系统相对于地源热泵系统的运行效果提升,以及联合系统对地下土壤温度场恢复情况的影响,对大连理工大学原有的地源热泵系统实验台进行了改建,加入太阳能集热系统形成太阳能—地源热泵联合系统实验台,并在新的联合系统实验台上进行实验。 为探究地源热泵系统单独运行时的系统性能及运行效果,同时也为了给联合系统实验树立参照,首先进行单独地源热泵系统的供暖实验。通过分析实验数据,明确了地源热泵系统的运行特性,并且初步掌握了地下土壤温度场的变化规律及恢复特性,进而提出了“稳定恢复时间”这个概念。 在此基础上为了更加深入的研究太阳能—地源热泵联合系统的运行特性,对联合系统串联及并联运行模式进行实验研究。通过对比和分析4组工况的实验结果,确定联合系统并联运行模式为最优运行模式,以此为基础,进一步深入探讨联合系统内部的负荷能量分配问题,发现增加太阳能集热侧的流量比例可以从多方面提升太阳能—地源热泵联合系统的性能。通过对比两部分实验,证明了加入太阳能后的联合热泵系统在机组性能方面有着明显提升,同时对地下土壤温度场恢复速率的提升也有着积极的促进作用。 【关键词】：地源热泵 太阳能集热器 联合运行模式 实验研究
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU83;TU18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景和意义9-12
• 1.1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.2 研究目的及意义11-12
• 1.2 国内外的发展与研究现状12-16
• 1.2.1 太阳能热利用国内外发展状况12-13
• 1.2.2 地源热泵技术的国内外发展状况13-15
• 1.2.3 太阳能—地源热泵系统的国内外研究现状15-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-18
• 2 太阳能-地源热泵联合系统工作原理及实验台系统改建18-39
• 2.1 太阳能-地源热泵联合系统结构与工作原理18-21
• 2.1.1 热管式真空管型太阳能集热器结构与工作原理18-19
• 2.1.2 地埋管地源热泵系统结构与工作原理19-20
• 2.1.3 太阳能-地源热泵联合系统结构与工作原理20-21
• 2.2 太阳能-地源热泵联合系统实验台改建21-35
• 2.2.1 太阳能集热系统22-27
• 2.2.2 地下埋管换热系统27-28
• 2.2.3 热泵机组系统28-29
• 2.2.4 自动控制系统29-31
• 2.2.5 测量仪器及数据采集31-35
• 2.3 实验数据处理计算方法35-37
• 2.4 本章小结37-39
• 3 地源热泵单独供暖实验研究39-50
• 3.1 实验工况39-41
• 3.2 热泵机组单独运行实验结果分析41-44
• 3.2.1 室外气温变化比较41-42
• 3.2.2 地下埋管换热量分析42
• 3.2.3 热泵机组功率分析42-43
• 3.2.4 热泵机组COP分析43-44
• 3.3 地下温度场恢复特性实验分析44-48
• 3.3.1 地下原始温度场分析44-46
• 3.3.2 实验过程中地下温度场分析46-47
• 3.3.3 地下温度场自行恢复特性分析47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 4 太阳能—地源热泵联合系统冬季供暖实验研究50-64
• 4.1 太阳能-地源热泵联合系统实验工况50
• 4.2 串联运行与并联运行模式探讨50-55
• 4.2.1 热泵机组地源侧换热量分析53-54
• 4.2.2 热泵机组功率分析54
• 4.2.3 热泵机组COP分析54-55
• 4.3 并联模式下负荷能量分配研究55-59
• 4.3.1 热泵机组地源侧换热量分析56-57
• 4.3.2 热泵机组功率分析57
• 4.3.3 热泵机组COP分析57-59
• 4.4 联合系统性能对比研究59-63
• 4.4.1 热泵机组性能分析59-60
• 4.4.2 地下土壤温度场变化及恢复速率分析比较60-63
• 4.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• (一) 结论64-65
• (二) 展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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