太阳能地源热泵复合系统理论分析及研究

【摘要】：当地源热泵系统地下换热器全年的换热量出现不平衡的现象时,长期积累,影响地下换热器的换热性能,甚至使地源热泵系统失效。对于供热量需求比较大的建筑,在一年的运行周期中需有合适的热量对地下换热器补充热量,而太阳能正是一种可行的用于补充热量的清洁能源。充分合理地利用太阳能资源,这对于缓解能源与环境危机具有重要意义。 本文对济南地区一办公楼建筑系统建立了数学模型,进行了负荷模拟,得到夏季最大冷负荷值为368kw,冬季最大热负荷值为338.4kw。运用TRNSYS软件中的相应模块对该办公楼地源热泵系统进行了夏季、冬季及多年运行工况下热泵机组的供、回水温度；地埋管的进、出口水温参数的模拟。得出夏季和冬季工况下的运行参数值基本合理；系统在运行20年的工况下地埋管进、出口温度呈现不断下降趋势,进而使冬季热泵机组的运行效率不断降低,不利于机组的运行。土壤温度存在较为明显的下降趋势,地温从最初的15℃降至10.7。C,降幅达到28.7%。 对该办公楼地源热泵系统在冬季连续一周时间内的运行工况进行了实验测试。进而对比分析了该地源热泵系统运行参数的模拟值与实测值,得出在采用相关数学模型进行模拟分析时,误差在允许的范围之内,模型对于本系统具有一定的适用性。 鉴于该地源热泵系统存在地下换热器冷热不平衡的不足之处,本文提出了一种太阳能辅助地源热泵系统供热的方案,确定了太阳能-地源热泵复合系统流程,并对此复合系统运用GENOPT和TRNSYS软件进行了优化模拟分析。此复合系统较好的解决了地埋管换热器全年累加换热量不平衡的问题；复合系统中平板太阳能集热器太阳能保证率在37～43%范围内,在供热季节中运行效果较好；集热器效率值0.3～0.45范围内,且较好的维护了机组运行的稳定性能,机组COP值维持在4.2左右；通过太阳能和地源热泵机组的联合运行较好的解决了单一地源热泵机组运行时,由于冷热不平衡,造成的地温连年下降的现象,使平均地温维持在14.8。C左右的相对恒定状态。本方案具有一定的可行性。 根据当地实际条件,研究太阳能与地源热泵综合利用的复合能源系统,将对社会节能和环保产生较为深远的意义。 【关键词】：地源热泵 太阳能 供热 制冷
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU831.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-15
• 1.2.1 地源热泵系统在国内外的研究现状10-12
• 1.2.2 太阳能热泵系统在国内外的研究现状12-15
• 1.3. 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 建筑负荷模拟16-24
• 2.1 建筑概况16-17
• 2.2 建筑模拟17-23
• 2.2.1 气象参数17-19
• 2.2.2 负荷模拟19-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 地源热泵空调系统的模拟分析24-43
• 3.1 空调系统方案24-25
• 3.2 相关部件的数学模型25-36
• 3.2.1 地埋管换热器的数学模型26-32
• 3.2.2 热泵机组的数学模型32-33
• 3.2.3 水泵的数学模型33-35
• 3.2.4 温差控制器的数学模型35-36
• 3.3 夏季工况模拟36-38
• 3.4 冬季工况模拟38-39
• 3.5 系统多年工况模拟分析39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 地源热泵系统的测试及对比分析43-48
• 4.1 实验测试43-45
• 4.2 实测值与模拟值的对比分析45-46
• 4.3 本章小结46-48
• 第5章 太阳能辐射计算及集热器模型建立48-58
• 5.1. 太阳辐射的理论计算48-51
• 5.1.1 太阳高度的相关计算48-50
• 5.1.2 直射辐射和散射辐射的强度计算50-51
• 5.2 太阳能集热器51-57
• 5.2.1 太阳能集热器简介52-53
• 5.2.2 太阳能集热器数学模型及理论分析53-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第6章 复合系统的模拟和分析58-71
• 6.1 复合系统方案58-60
• 6.2 复合系统优化模拟及分析60-69
• 6.2.1 太阳能部分模拟结果分析65-66
• 6.2.2 地源热泵系统部分模拟结果分析66-69
• 6.3 本章小结69-71
• 第7章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 后记76-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文77

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

太阳能—土壤源热泵系统太阳能保证率的研究    叶晓莉

日本地源热泵技术发展现状    苏存堂;

太阳能-U形埋管土壤蓄热特性数值模拟与实验验证    杨卫波;施明恒;陈振乾;

我国利用水源、地源热泵技术开发浅层地热能呈现好形势    王秉忱;

直膨式太阳能热泵供热水系统的性能研究    旷玉辉,王如竹,许煜雄

直膨式太阳能热泵热水器的实验研究    旷玉辉,王如竹

太阳能辅助加热土壤源热泵系统理论分析    王侃宏,毕文峰,乔华,侯立泉

太阳能集中供热在武汉地区的适用性研究    赵峰,邵林广,文远高

太阳能热泵系统运行工况的模拟研究    余延顺,马最良,廉乐明

直接膨胀式土壤耦合热泵系统研究进展    王晓涛;闫桂兰;郑鹏;马重芳;

新型太阳能热泵多功能复合机原理与热力学分析    杨前明,衣秋杰,李志敏,李桂莉

光伏—太阳能热泵系统及多功能热泵系统的综合性能研究    裴刚

太阳能热泵供暖系统优化分析    葛昕

建筑设计中的能耗模拟分析    金苗苗

中国地区土壤源热泵系统研究进展评述    袁艳平;曹晓玲;雷波;杨从辉;

西安实施太阳能建筑一体化规模化供热适宜性研究    刘寅;李安桂;周光辉;

建筑主动利用太阳能能效探讨    毛建西;

平面采光面无阴影影响最佳角度的计算    林媛;

新农村住宅中太阳能采暖研究    徐玉梅;孙克春;

太阳能在夏热冬冷农村地区的应用研究    曹辉;廖秋阳;

太阳能热水工程在小城镇住宅中的应用    曹辉;廖秋阳;王争利;

水·地源热泵在我国温室生产上的应用    任子君;贾延宇;赵阳;孙治强;

太阳热水装置(六)    刘鉴民;喜文华;魏一康;张兰英;

太阳热水器应用设计施工中的一些问题    薛英超;王新发;

太阳能热泵多功能复合机系统数学建模与仿真分析    杨前明;陈丽霞;孔祥强;谢方静;

U型垂直埋管直接膨胀式土壤源热泵地下换热器制冷工况设计方法    张国强;杨伟;周晋;郭永辉;李林;

地能利用布井模式热交互性影响研究    高青;周学志;陈响亮;

太阳能热泵国内外发展现状及应用分析    祖文超;李琼;

太阳能热水系统的安全性    丁海兵;

直膨式太阳能辅助热泵技术的研究进展    孔祥强;林琳;张东;杨前明;

太阳能辅助热泵系统分析与研究    王强;尚鑫;

太阳能热泵热水系统并联式与串联式的性能比较    王雅楠;王沣浩;

热泵机组在印染污水废热回收中的应用    张信荣;郑秋云;孟柄良;

海林太阳能辅助地源热泵供热的可行性分析    徐宝江;陈义波;陈九法;李海清;

太阳能地下混凝土存取热试验研究与数值模拟    赵研

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

基于系统辨识的太阳能—相变蓄热新风供暖系统控制策略研究    李鹏

太阳能新风系统设计与控制方法研究    杨军

严寒地区太阳能-土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究    张文雍

高层住宅太阳能热水系统一体化设计研究    杜晓辉

SCPC集热器及其太阳能热泵热水系统研究    穆振英

复合式热泵供热系统的耦合特性研究    刘逸

太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究    李志永

季节性蓄热太阳能—土壤耦合热泵系统运行特性及优化    王潇

直膨式太阳能热泵热水器的模拟分析    张东

直膨式太阳能热泵热水系统性能的优化分析    李振兴

太阳能果蔬脱水车间性能试验及苹果脱水工艺优化研究    高兴海

太阳能供暖系统的模拟研究    安丽

岩土热响应测试仪的研制与实验研究    尹振江

华北地区绿色住宅建筑储能及其经济性分析研究    王臻

新型太阳能辅助多功能热泵系统的理论与实验研究    梁国峰

新型空气源热泵辅助供热太阳能热水系统热力性能及运行特性研究    铁燕

U型玻璃真空管太阳能集热器热性能研究与优化设计    安玉娇

太阳能—水源热泵辅助供暖系统的研究    李善可

我国建筑节能现状分析及对策    贠英伟;吴香国;范丰丽;

浅层地热能勘查评价    韩再生;冉伟彦;佟红兵;刘志明;

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟    林媛

太阳能辅助加热土壤源热泵系统理论分析    王侃宏,毕文峰,乔华,侯立泉

太阳能—土壤源热泵空调系统研究    赵达;张欣艳;王畅;刘逸;

在我国热泵技术发展进步中应关注的几个问题    马最良;姚杨;姜益强;倪龙;

太阳能辅助地源热泵供热的可行性研究    王侃宏;董呈娟;李保玉;

我国推动建筑可再生能源利用的举措    武涌;

太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究    杨卫波,董华,周恩泽,胡军

太阳能热泵系统运行工况的模拟研究    余延顺,马最良,廉乐明

适于城市住区规划的室外热环境实测与模拟研究    高亚锋

地源热泵与太阳能集热器联合供暖系统研究及仿真分析    吴晓寒

严寒地区太阳能—土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究    张文雍

太阳能热水器—空调复合系统中换热器的模拟研究    王战术

太阳能在多高层住宅建筑中的应用研究    宋光明

太阳能采暖系统在小城镇住宅建筑中应用技术的研究    卜亚明

空气源热泵辅助太阳能热水系统在江淮地区应用的节能环保效益研究    彭娇娇

大连地区太阳能热水系统与高层住宅整合设计研究    李丛丛

湖南地区土壤源热泵冬季运行可拓综合评价    常欣

地源热泵—供热空调特性及技术经济分析    许淑惠,邢云绯

建筑节能,从方案设计开始    贺慧宇

光纤光栅温度传感器在地源热泵中应用    孙丽;任亮;李宏男;

太阳能热泵热水装置试验研究与应用分析    李舒宏,武文彬,张小松,殷勇高

太阳能-U形埋管土壤蓄热特性数值模拟与实验验证    杨卫波;施明恒;陈振乾;

单脊翅片管式蒸发器CAD    刘楚芸,倪莉,周勤,杨长威,姜爱华,傅龙珠

住宅太阳能热水器集中供热系统的应用    王志飞

我国利用水源、地源热泵技术开发浅层地热能呈现好形势    王秉忱;

地源热泵的运行特性模拟研究    王景刚,马一太,张子平,王侃宏,候立泉

直膨式太阳能热泵供热水系统的性能研究    旷玉辉,王如竹,许煜雄

太阳能热泵式热水器的发展及试验研究    李锐;俞坚;张建国;杨威;王志峰;

我国热泵空调发展的回顾与展望    马最良;杨自强;马光昱;

太阳能-空气复合热源热泵热水器的运行特性    徐国英;张小松;管振水;

夏热冬暖地区居住建筑热工性能及能耗的模拟分析    邹源

节能住宅建筑能耗模拟研究    孙萍

土壤换热器回填材料对取放热量的影响    马宏权;

九华山庄土壤热泵+冰蓄冷系统    陈凤君,冯婷婷

以导热塑料管作为地下换热器的换热能力分析    代焱;陈建伟;董兴杰;

地源热泵钻孔回填材料的特点及其研究进展    王松松;刘光远;杨卫波;

土壤源热泵的发展与研究现状    范萍萍,端木琳,王学龙,尉建中

地源热泵地下换热器施工工艺    贠晓明;陈小松;王勇;

U型竖埋管地源热泵-辐射地板联合运行冬季启动特性实验研究    张玲;陈光明;黄奕沄;

浅析地源热泵空调技术    魏波;

地源热泵系统地下换热器施工技术    朱君;

浅析地源热泵的施工技术    张永锋;

办公建筑地源热泵地下换热器设计周期确定方法研究    樊燕;付祥钊;

U型管地下换热器快速模拟软件    苏华;张燕;康一亭;司子辉;

基于温变地下换热器热应变失效性    高青;于鸣;江彦;

地下换热器热应变计算分析方法研究    朱晓林;高青;于鸣;王有镗;江彦;

冷热联供运行地下换热器温变和热泵能效    齐子姝;高青;刘研;于鸣;

单井回灌地源热泵系统地下换热器传热性能研究    刘惠;赵承伟;刁乃仁;方肇洪;

世园会项目——沈阳玫瑰园土壤热泵系统设计    

地下换热器回填传热模拟分析    高青;李明;江彦;于鸣;乔广;

地源热泵-辐射地板联合运行冬季启动特性实验研究    张玲;黄奕沄;陈光明;

U型竖埋管地源热泵-辐射地板联合运行冬季启动特性实验研究    张玲;陈光明;黄奕沄;

钦州：率先示范可再生能源建筑应用    本报记者 庞惠文

“太阳”照明 “地热”取暖    董新萍

地源热泵等可再生能源利用需重视    海婷

江苏首个地源热泵项目竣工    纪伟

江苏涟水首座地源热泵建筑应用工程竣工    建华　纪伟 同超

地下换热器热形变及其失效性研究    朱晓林

动态负荷下地源热泵性能研究    王勇

地下蓄能时变特性及其能量特征分析    李明

地源热泵与太阳能集热器联合供暖系统研究及仿真分析    吴晓寒

浅层岩土体热物理性质原位测试仪的研制及传热数值模拟    王庆华

道路固体结构集热蓄能过程分析及其传热研究    刘研

土壤源热泵地下换热器优化设计与运行研究    黄兵

U型地埋管换热器动态模拟    张燕

地源热泵地下换热器计算模拟及地上机组节能研究    史新慧

地源热泵U型管地下换热器的数值模拟与分析    黄俊惠

地源热泵换热器的分析与设计    程国强

土壤耦合热泵在北方地区应用的探讨    刘建军

土壤源热泵地下换热系统温度场分析    张新宇

地源热泵地下换热系统温度场分析    罗园

套管式地下换热器传热模型及其传热分析    江彦

地源热泵方案与常规中央空调方案的模糊评判研究    裴侠风