基于TRNSYS的太阳能耦合土壤源热泵系统仿真研究

【摘要】：随着世界经济快速发展,能源紧缺和环境恶化已成为全球性问题,各领域越来越重视对可再生能源的开发利用。一些热泵系统,如太阳能热泵、地源热泵、空气源热泵已经得到一些应用,但在应用过程中因自身的一些局限性使其发展受到一定的限制。如果能结合两种能源的优势使得他们可以弥补各自的缺陷,势必会扩大其应用范围。太阳能耦合土壤源热泵系统就是一种既能利用土壤源来克服太阳能的间歇性,又可利用太阳能起到缓解土壤温度的恢复压力,具有广阔的发展前景。 本文针对太阳能耦合土壤源热泵系统进行研究,并对系统中的各个部件建立数学模型,通过TRNSYS软件建立仿真模型,收集实际案例中系统在夏季及过渡季节和冬季的运行数据,与模拟所得数据进行分析对比,验证仿真模型的正确性。 在仿真模型的基础上,改变实际案例中太阳能耦合土壤源热泵系统的运行模式进行瞬态数值模拟,对比分析了不同运行模式下系统的运行特性。通过分析可知：在夏季及过渡季中整个系统只在白天运行,太阳能系统采用动态运行模式；在冬季在气温较低的月份中(12月份、1月份和2月份)太阳能系统采用动态运行模式,而其余的采暖期间采用静态运行模式,对于静态运行模式中时间段的选择应是尽早将热量补充到系统中较合理。 在仿真模型的基础上,改变实际案例中太阳能耦合土壤源热泵系统的连接方式,对比分析了不同连接方式的系统全年运行特性。通过分析可知：对于太阳能补热点的位置设置在热泵机组的出口和地埋管入口之间和太阳能补热点位置设置在地埋管的出口和热泵机组的入口之间两种连接方式,前者系统的性能要优于后者。 本文在太阳能耦合土壤源热泵系统实地调研的基础上,结合仿真模型对其运行模式和连接方式进行了分析研究,为今后太阳能耦合土壤源热泵系统在设计与应用提供理论参考。 【关键词】：太阳能耦合土壤源热泵 运行模式 连接方式 TRNSYS模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 符号说明10-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题研究背景13-14
• 1.1.1 节能减排的紧迫性13
• 1.1.2 建筑节能的重要性13-14
• 1.1.3 太原市能源现状14
• 1.2 课题的研究意义14-20
• 1.2.1 太阳能资源的利用14-17
• 1.2.2 热泵技术17-18
• 1.2.3 太阳能耦合土壤源热泵系统的提出18-19
• 1.2.4 太阳能耦合土壤源热泵系统的优点19-20
• 1.3 国内外研究现状20-23
• 1.3.1 国外研究现状20-21
• 1.3.2 国内研究现状21-23
• 1.4 课题的研究目的与内容23-25
• 1.4.1 课题研究目的23
• 1.4.2 课题研究内容23-25
• 第二章 太阳能耦合土壤源热泵系统各部件数学模型的分析25-44
• 2.1 TRNSYS软件简介25-27
• 2.2 模拟用气象数据27-28
• 2.3 太阳能集热器模型28-31
• 2.4 地埋管换热器的模型31-41
• 2.4.1 传热过程32-33
• 2.4.2 局部传热过程33-35
• 2.4.3 数值计算过程35-41
• 2.5 热泵模型41-43
• 2.6 房间负荷数学模型43
• 2.7 小结43-44
• 第三章 TRNSYS仿真模型的建立44-64
• 3.1 太阳能耦合土壤源热泵系统实际案例概况44-48
• 3.1.1 系统介绍44-46
• 3.1.2 太阳能耦合土壤源热泵系统原理及运行策略46-48
• 3.2 太阳能耦合土壤源热泵系统的TRNSYS仿真模型48-53
• 3.2.1 仿真模型的简化假设条件48-49
• 3.2.2 太阳能耦合土壤源热泵系统仿真模型的建立49-50
• 3.2.3 系统中控制器的控制策略50
• 3.2.4 仿真模型的标准部件50-53
• 3.3 实验分析与模型验证53-63
• 3.3.1 实验平台数据53-58
• 3.3.2 模型运行数据与实验测量数据对比58-62
• 3.3.3 模拟结果分析62-63
• 3.4 本章小结63-64
• 第四章 太阳能耦合土壤源热泵系统运行模式的研究64-88
• 4.1 夏季及过渡季节策略64-67
• 4.2 冬季运行模式的研究67-86
• 4.2.1 静态运行模式与动态运行模式的对比68-83
• 4.2.2 静态运行模式中补热时间的选择83-86
• 4.2.3 冬季运行模式的确定86
• 4.4 小结86-88
• 第五章 太阳能耦合土壤源热泵系统连接方式的研究88-109
• 5.1 连接方式的研究目的88-91
• 5.1.1 系统连接方式的概述88-89
• 5.1.2 不同连接方式的提出89-91
• 5.2 两种连接方式运行参数的比较91-105
• 5.2.1 短期内各运行参数变化曲线的比较92-95
• 5.2.2 两种连接方式全年性能参数的比较95-105
• 5.3 比较结果整体分析105-107
• 5.4 小结107-109
• 第六章 结论与展望109-112
• 6.1 结论109-110
• 6.2 进一步研究工作建议110-112
• 参考文献112-115
• 致谢115-116
• 攻读学位期间发表的学术论文目录116

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