太阳能季节性蓄热—土壤源热泵蓄热系统设计软件的开发

【摘要】：我国有70%的地区冬季需要供暖，其中绝大部分地区是以煤等传统能源为燃料的，这不仅加剧了传统化石能源的消耗，同时也带来了环境的污染，在此背景下，本文对太阳能季节性蓄热—土壤源热泵这一新型、节能环保的供暖系统的蓄热系统的设计进行了研究。该太阳能季节性蓄热系统主要有两部分组成：一是太阳能集热系统；二是土壤蓄热系统。其作用是将非采暖季的太阳能收集之后，蓄存于土壤之中，以作为冬季供暖时热泵的热源，实现了太阳能的转季利用。 本文首先研究总结太阳能辐射强度的计算方法，太阳能季节性储存的方法，土壤热物性和U型埋管换热器在蓄热取热时的传热机制；然后建立了U型埋管换热器长度计算和校核的数学模型以及太阳能集热板面积计算的数学模型。 在所建立的数学模型的基础上，使用VB编程语言编制了太阳能季节性蓄热—土壤源热泵蓄热系统的设计软件。然后利用此软件对哈尔滨地区一栋使用太阳能季节性蓄热—土壤源热泵系统供热的三层办公建筑的季节性蓄热系统进行了设计，该建筑的采暖面积约1100m2，建筑热负荷为38.9kW，该软件计算需要的钻孔长度为1125m，钻孔数量为20，钻孔深度为56m，埋管所需室外面积为500m2；所需太阳能集热板的面积为112m2。 最后，为了验证所编软件的可靠性，使用TRNSYS16动态模拟软件建立了太阳能季节性蓄热—地源热泵系统的计算机模型，并将用所编制设计软件得出的设计结果作为TRNSYS16模拟软件的参数进行模拟分析，验证结果表明：蓄热系统在蓄热季储存到土壤中的热量大于在供暖期热泵从土壤中取出的热量，整个系统是可以长期运行，使用自编软件设计的蓄热系统是可靠地。 【关键词】：太阳能 季节性蓄热 热泵 VB编程 TRNSYS16
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP311.1;TU83
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-13
• 1.1.1 课题的背景10-11
• 1.1.2 研究的目的和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 太阳能-土壤源热泵系统的研究现状13-14
• 1.2.2 太阳能季节性土壤蓄热的研究现状14-15
• 1.3 本课题的主要研究内容15-16
• 第2章 太阳能季节性蓄热的研究16-30
• 2.1 太阳辐照度的计算和最佳倾斜角的选择16-18
• 2.1.1 倾斜面上太阳辐射量的计算16-17
• 2.1.2 最佳倾斜角的选择17-18
• 2.2 跨季节储存太阳能的方法18-21
• 2.2.1 热水蓄热池系统18-19
• 2.2.2 砾石—水蓄热系统19
• 2.2.3 地下含水层蓄热系统19-20
• 2.2.4 地下埋管蓄热系统20-21
• 2.3 土壤的热物性的研究21-26
• 2.3.1 土壤比热容21-22
• 2.3.2 土壤导热系数22-24
• 2.3.3 土壤热扩散率24-25
• 2.3.4 土壤的初始温度场25-26
• 2.4 U 型埋管换热器的传热过程分析26-27
• 2.5 负荷状态下 U 型管换热器的传热机制27-29
• 2.5.1 蓄热负荷下换热器的传热机制27-28
• 2.5.2 建筑热负荷下换热器的传热机制28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 太阳能季节性蓄热-土壤源热泵蓄热系统设计30-47
• 3.1 引言30-31
• 3.2 土壤换热器的负荷计算31-32
• 3.2.1 建筑设计负荷的计算31
• 3.2.2 热泵系统最大释（吸）热量的计算31-32
• 3.3 U 型埋管换热器的布置形式32-34
• 3.4 U 型埋管换热器长度的计算34-36
• 3.4.1 传热热阻的计算34-35
• 3.4.2 计算钻孔的总长度与钻井深度35-36
• 3.5 U 型埋管换热器长度校核36-42
• 3.5.1 钻孔外土壤区域的传热模型36-38
• 3.5.2 钻孔内部的传热模型38-42
• 3.6 U 型埋管换热系统的水力计算42-43
• 3.6.1 压力损失计算42-43
• 3.6.2 循环泵的选择43
• 3.7 太阳能集热系统的设计43-46
• 3.8 本章小结46-47
• 第4章 蓄热系统可视化设计软件的编制47-66
• 4.1 引言47
• 4.2 VB 语言的简介47-52
• 4.2.1 使用 Visual Basic 开发软件的优势47-48
• 4.2.2 Visual Basic 的编程环境48-52
• 4.2.3 使用 Visual Basic 开发软件的步骤52
• 4.3 程序的编制52-65
• 4.3.1 软件运行流程图52-53
• 4.3.2 软件界面的设计53-64
• 4.3.3 软件代码设计的难点64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 蓄热系统设计实例及分析66-80
• 5.1 季节性太阳能蓄热—地源热泵蓄热设计实例66-73
• 5.1.1 工程概况66-67
• 5.1.2 建筑物负荷计算及热泵容量确定67-69
• 5.1.3 太阳能集热系统的设计69-71
• 5.1.4 地埋管换热器的设计71-73
• 5.2 使用 TRNSYS16 对设计实例分析73-78
• 5.2.1 Trnsys16 的简介73
• 5.2.2 系统 Trnsys 模型的建立73-75
• 5.2.3 蓄热阶段模拟结果的分析75-76
• 5.2.4 供热阶段模拟结果的分析76-78
• 5.3 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-87
• 致谢87

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