大连地区太阳能—土壤源热泵系统匹配特性研究

【摘要】：随着环境的恶化和全球性能源危机的加剧,环保和节能已经成为世界各国发展的主题,可再生能源和无污染的新能源的开发利用与节能减排受到了广泛的重视。太阳能-土壤源热泵联合供暖(制冷)系统是一种用可再生能源的环保、高效节能的系统。太阳能与土壤源热泵联合供暖可以相互取长补短,发挥各自的优势,弥补单一热源的不足,提高采暖系统的性能。一方面,土壤具有蓄热、延时性和稳定性的特点,可以在太阳能不足时使用。另一方面,由于太阳能的供热作用,可使得地下换热器间歇运行,土壤的温度场能够及时得到恢复,热泵的冷凝温度和蒸发温度波动不大,从而保证热泵的稳定运行。 本文针对太阳能-土壤源热泵的供热特点,提出了房间温度控制与水箱温度控制2种不同的运行策略。以典型别墅建筑为研究对象,在大连典型气象年天气参数基础之上,以满足建筑热负荷为目标,在TRNSYS软件上建立了太阳能-土壤源热泵系统联合并联供暖的数学模型。利用太阳能热水系统实验台对TRNSYS软件中真空管集热器模块数学模型进行了验证。根据模拟结果分析对比了2种控制策略的优劣,以房间温度控制土壤源热泵的控制策略,系统有更低的能耗,能最大限度的减少土壤源热泵的运行时间。以水箱温度控制土壤源热泵的控制策略,系统拥有更灵活的蓄热量调节范围,设备选型更小。由于房间温度控制的运行方式能耗较低,所以以该运行方式为基础就系统集热器面积、水箱容积、土壤源热泵能力的匹配进行了影响程度分析。结果显示,当系统中组件承担负荷比例相对较小时,调节水箱容积对系统运行COP影响最大。反之当组件承担相对较大的负荷比例时,改变集热器面积对系统运行COP影响最大。 为了找到太阳能-土壤源热泵系统主要部件之间的匹配关系来更好的指导该系统的设计和应用,本文选择了一栋具有代表性的65%节能建筑作为模拟对象。首先对建筑的负荷情况进行了模拟分析,以满足采暖要求为判断条件,对房间温度控制和水箱温度控制两种控制策略可能产生的组合进行了模拟,得到系统在2种不同的控制策略下集热器面积、水箱体积和热泵制热量之间的匹配关系曲线。分析了曲线的形成原因和对系统选型的影响。以系统组成为基础,将热源分类为固定热源和可变热源两部分,系统的选型和控制策略的选择最终目标是在两者之间获得平衡。对于一栋建筑的采暖系统选型是先根据限定条件,如可用面积,初投资,希望达到的COP,确定一个组件(集热器、土壤源热泵、蓄热水箱)的型号,根据文中提出的方法,计算热负荷,计算固定得热量和可变得热量,选择运行策略,然后按照文中的选型曲线对系统其他组件进行选型即可。 【关键词】：太阳能-土壤源热泵 控制策略 模拟 匹配关系 系统选型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU831.3;TU18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.2 课题研究现状12-16
• 1.2.1 太阳能供暖系统的发展12-14
• 1.2.2 太阳能-土壤源热泵的发展14-16
• 1.3 本学位论文主要研究内容16-18
• 2 太阳能-土壤源热泵系统设计18-23
• 2.1 太阳能-土壤源热泵系统形式18-19
• 2.2 太阳能-土壤源热泵运行策略设计19-22
• 2.2.1 采暖侧控制20
• 2.2.2 热源侧太阳能集热器控制20-21
• 2.2.3 热源侧土壤源热泵开启控制21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 太阳能-土壤源热泵并联供暖系统建模23-39
• 3.1 软件介绍23-24
• 3.1.1 软件简介23-24
• 3.1.2 本课题采用模块24
• 3.2 主要模块介绍24-32
• 3.2.1 热泵组件24-27
• 3.2.2 地埋管换热器27-28
• 3.2.3 水箱28-29
• 3.2.4 真空管集热器29-31
• 3.2.5 水泵31
• 3.2.6 建筑31
• 3.2.7 天气参数31
• 3.2.8 控制组件31-32
• 3.3 集热器模型的实验验证32-38
• 3.3.1 实验方法32
• 3.3.2 实验设备32-34
• 3.3.3 模拟方法34-35
• 3.3.4 实验结果35-37
• 3.3.5 结果分析37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 主要组件对系统影响程度分析39-53
• 4.1 模拟建筑简介与负荷计算39-41
• 4.1.1 建筑简介39-40
• 4.1.2 负荷计算40-41
• 4.2 不同控制方案对比41-46
• 4.2.1 模拟系统选型及连接41-44
• 4.2.2 模拟运算结果及分析44-46
• 4.3 敏感性分析46-52
• 4.3.1 分析方法简介46-48
• 4.3.2 结果与分析48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 太阳能-土壤源热泵组件设计与选型53-78
• 5.1 设计与选型方法53
• 5.1.1 设计选型研究方法53
• 5.1.2 代表性建筑选择53
• 5.2 代表性建筑简介53-56
• 5.2.1 建筑围护结构简介54-55
• 5.2.2 采暖系统形式与流量计算55
• 5.2.3 建筑负荷计算55-56
• 5.3 组件选择与模拟要点56-59
• 5.3.1 土壤源热泵选择56-57
• 5.3.2 集热器与水箱设计57
• 5.3.3 模拟系统图57-58
• 5.3.4 模拟要点58-59
• 5.4 房间温度控制模拟结果59-65
• 5.5 水箱温度控制65-66
• 5.5.1 模拟系统图65-66
• 5.5.2 模拟要点66
• 5.6 水箱温度控制结果66-70
• 5.7 两种控制方案对比70-76
• 5.8 选型建议76-77
• 5.9 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况83
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目83-84
• 致谢84-85

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

长春地区太阳能热泵与土壤源热泵的综合利用    安笑媛;

土壤源热泵换热器施工工艺分析    王祁生;

浅谈空调工程中热泵的应用    邹捷;

搅拌车水箱的发展前景    贺继红;

居民生活实行定额供水的初步研究    邢志军;佟宇明;郭翠玲;

雨水箱对雨水收集和径流水质的影响    A.哈斯塔吉尔;L.N.杰亚苏里亚;邱训平;

混凝土搅拌车水箱结构设计及安装方式    罗菊英;

民用建筑能效测评标识项目(二星)——河南省肿瘤医院门诊医技楼能效测评    张继隆;张艳红;吴玉杰;

地源热泵技术在福州地区应用的若干探讨    肖剑仁;

地源热泵技术“江南模式”的思考    刘忠诚;

土壤源热泵评价软件编制及北方地区适宜性研究    孟桃;

土壤源热泵换热器作用下的土壤温度变化研究    杨国强;周志华;李勇刚;

间歇运行工况下土壤源热泵实验研究    黄伙军;张少凡;

土壤源热泵在合肥某工程中的应用研究    郭二宝;

系统化的土壤源热泵设计方法    肖龙;朱清宇;徐伟;

土壤源热泵在合肥某工程中的应用    郭二宝;

土壤源热泵空调系统在北方地区的应用性研究    沈娇;李德英;

基于实测研究的别墅住宅土壤源热泵运行特性探讨    潘希存;谭洪卫;

不同气候区典型建筑负荷特征及其对土壤源热泵适用性的影响分析    马园园;王勇;

太阳能—土壤源热泵仿真系统研究    郭文超;董华;

专家共商土壤源热泵行业发展大计    顾猛

优化设计促土壤源热泵更节能    本报记者 李静华

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

晋瑞苑节能示范小区主体率先封顶    铁建晓

我省单体面积最大节能小区主体全面封顶    本报记者

日常节水：小功夫大智慧    北京市节约用水管理中心副主任 何建平　本报记者 网夕

在绿色建筑中与大自然亲密接触    本报记者 王存之 殷元元

绿色建筑俏龙城    本报记者 武永清

可再生能源利用推动我区建设节能升级    本报记者 丽月

土壤热湿传递与土壤源热泵的理论与实验研究    张玲

土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究    於仲义

复合式热泵供热系统的耦合特性研究    刘逸

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究    雷海燕

U型竖直地埋管换热器热响应模型及其算法研究    杨伟

大连地区太阳能—土壤源热泵系统匹配特性研究    李双双

土壤源热泵冬夏取排热量不平衡的大气热补偿方法    穆康

直膨式土壤源热泵系统仿真及实验研究    杨思思

土壤源热泵工程应用    江超

土壤源热泵百米深竖直地埋管三维动态换热数值分析    赵启月

长沙市某医院土壤源热泵系统工程应用与经济性能分析    李小鹏

住宅建筑中土壤源热泵全年运行地下热堆积研究    孟丹

南京地区夏季太阳辐射对垂直埋管土壤源热泵运行性能影响    夏晨

土壤源热泵卫生热水供应系统性能与成本分析    陈长武

土壤源热泵长期运行土壤温度场研究    张玉瑾