太阳能—土壤源热泵系统地区适应性评价

【摘要】：考虑到太阳能与土壤热能具有互补性及资源分布广泛的优点，提出利用太阳能与地热能联合作为热泵复合热源的设想。该系统吸取太阳能热泵和土壤源热泵的优点，太阳能集热系统可以改善地埋管换热器系统的冷热负荷不平衡问题，提高地埋管的换热效率；土壤源热泵系统则用于克服太阳能热泵因天气变化间歇运行的缺点。由于不同地区的土壤特性和太阳能资源存在较大差异，使得系统的区域适应性成为其应用和推广的重要考量因素，因此有必要采用寿命周期分析方法，对太阳能-土壤源热泵系统在不同地区的适应性做出评价。 以串联形式的太阳能-土壤源热泵系统为研究对象，分别采用机理模型和辨识模型，建立系统运行的模拟程序；将模拟程序与Hooke-Jeeves优化算法相结合，确定太阳能-土壤源热泵系统的组合优化策略。根据我国建筑热工分区和太阳能资源分布，选取格尔木、呼和浩特、长春、拉萨、北京、郑州、武汉、重庆作为代表城市；采用中国标准年气象数据，计算得到各地典型民用建筑的全年逐时负荷，并以此为基础，确定太阳能-土壤源系统模拟程序所需的设备性能和物性参数。通过对系统长期运行性能的模拟，确定地埋管钻孔长度限值及其影响因素，并以此作为优化变量的约束条件；以最低的寿命周期成本为目标，对太阳能-土壤源热泵系统进行组合优化。 从可行性、节能性、经济性和环保性角度，考查寿命周期内太阳能-土壤源热泵系统的地区适应性。太阳能-土壤源热泵系统的适应性有明显的地域差异：北京、郑州等地区土壤冷热负荷基本平衡，系统夏季制冷运行可以显著提高全年能效比；这些地区的建筑物负荷适中，系统的经济效益和环保效益明显。拉萨地区的冷热负荷不平衡，但建筑物负荷总量最低，该地区太阳能-土壤源热泵系统的节能效益有较大提升空间。格尔木、吉林、长春等地区的冷热负荷不平衡问题最严重，而由于土壤温度低、建筑物采暖负荷高，系统的节能效益和经济效益十分有限。武汉、重庆两地的建筑物以冷负荷为主，土壤温度呈上升趋势，不宜在土壤源热泵系统基础上增加太阳能集热器等辅助加热措施。 【关键词】：太阳能-土壤源热泵 组合优化 寿命周期 适应性
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 能源现状与热泵技术10-11
• 1.2 太阳能-土壤源热泵系统11-13
• 1.2.1 太阳能-土壤源热泵系统简介11-12
• 1.2.2 供暖运行模式12-13
• 1.2.3 制冷运行模式13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 研究目的和内容15-17
• 第二章 太阳能-土壤源热泵系统模拟17-33
• 2.1 主要部件的数学模型17-30
• 2.1.1 太阳能集热器17-19
• 2.1.2 地埋管换热器19-26
• 2.1.3 蓄热水箱26-28
• 2.1.4 热泵机组和水泵28-30
• 2.2 系统模拟程序的建立30-32
• 2.2.1 TRNSYS 软件介绍30
• 2.2.2 动态模拟程序30-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 太阳能-土壤源热泵系统优化33-50
• 3.1 典型建筑物及其负荷特性33-37
• 3.1.1 代表城市33-34
• 3.1.2 气象数据34-35
• 3.1.3 典型建筑物动态负荷35-37
• 3.2 设备性能与型号37-40
• 3.3 优化策略的确立40-46
• 3.3.1 Hooke-Jeeves 算法40-42
• 3.3.2 全寿命周期成本构成42-45
• 3.3.3 优化变量的取值范围45-46
• 3.4 优化结果分析46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 太阳能-土壤源热泵的地区适应性50-61
• 4.1 寿命周期评价理论50-52
• 4.1.1 历史与发展50-51
• 4.1.2 寿命周期理论的原理51-52
• 4.2 地区适应性评价52-59
• 4.2.1 可行性评价52-54
• 4.2.2 节能性评价54-57
• 4.2.3 经济性评价57-59
• 4.2.4 环保性评价59
• 4.3 本章小结59-61
• 第五章 结论与展望61-63
• 5.1 研究结论61-62
• 5.2 课题展望62-63
• 参考文献63-67
• 硕士期间发表的论文67-68
• 致谢68

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