季节性蓄热的太阳能—地源热泵复合系统的研究

【摘要】： 面对中国的能源现状,利用可再生能源、节能降耗已经成为能源产业发展应当遵循的基本原则。季节性蓄热太阳能—地源热泵复合系统作为一种新的建筑节能技术,它涉及了太阳能和地热能两种可再生能源的利用,正是这种独特的优势让这种新能源技术越来越受到人们的重视,对它的研究应用也在不断的开展进行。 本文中我们给出了一套完整的季节性蓄热太阳能—地源热泵复合系统方案及其设计计算方法；举例设计计算了三个有代表性城市的季节性蓄热复合系统并对计算结果进行了对比分析。 首先,收集整理了《中国建筑用标准气象数据库》中太阳辐射的数据资料,通过编程计算可以得到特定地区的逐时太阳辐射强度、集热器最佳安装倾斜角、集热器安装倾角斜面上的逐时、逐月以及年太阳辐照量。采用DEST负荷计算软件,计算该特定地区特定建筑的全年逐时空调负荷。本文中选用的城市分别是沈阳、二连浩特和济南,这三个城市的共有特点是太阳能资源较为丰富,冬季气候较为寒冷。研究的三个系统的共有特点是冷热负荷失调、热负荷占绝对优势。 其次,在符合系统经济性要求的前提下,给出了系统最佳运行状态下所需集热板面积和相应的太阳能保证率的计算公式。根据这个设计计算思路对我们自主研发的地埋管地源热泵系统专业设计计算软件“地热之星”进行改进、升级,使其适应这种新型的季节性蓄热太阳能—地源热泵复合系统的设计计算要求。 然后,针对复合系统各自的特点给出其不同季节的运行工况和运行控制策略；计算系统蓄热水箱容积；利用改进、升级后的专业设计软件“地热之星”,设计计算季节性蓄热太阳能-地源热泵复合系统所需要的钻孔量、集热板面积和系统运行周期内的地下温度场变化图。对于考虑夏季空调的复合系统文中我们给出了其地下埋管区域的分区原则,以保证复合系统夏季的运行效率。 最后,对三个季节性蓄热太阳能—地源热泵复合系统做初投资和运行费用概算,并与常规地源热泵系统、传统供暖空调系统进行比较,分析复合系统的经济性、可行性。得到了一些验证复合系统经济性、可行性的结论。 【关键词】：太阳能 地源热泵 季节性蓄热 复合系统
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU831.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 我国能源现状10
• 1.1.2 可再生能源的开发与利用10-11
• 1.2 地源热泵系统研究现状11-13
• 1.3 太阳能供热系统研究现状13-14
• 1.4 设计季节性蓄热的太阳能—地源热泵复合系统的研究意义14-16
• 1.5 地源热泵—太阳能复合系统国内外研究现状及发展动态16-18
• 1.6 课题研究的主要内容18-20
• 1.6.1 太阳逐时辐射强度计算18
• 1.6.2 建筑负荷逐时模拟计算18
• 1.6.3 季节性蓄热的太阳能—地源热泵复合系统方案设计和性能分析18-20
• 第2章 太阳能系统设计20-36
• 2.1 太阳能热水系统简介20-25
• 2.1.1 集热器20
• 2.1.2 平板型集热器20
• 2.1.3 全真空的玻璃管集热器20
• 2.1.4 金属玻璃真空管20-21
• 2.1.5 三种集热器的特性比较21-23
• 2.1.6 蓄热水箱23
• 2.1.7 太阳能集热系统流量确定23-24
• 2.1.8 集热器与蓄热水箱的放置关系24
• 2.1.9 集热系统的防冻控制24-25
• 2.1.10 太阳能系统的控制25
• 2.2 太阳辐射强度的计算25-32
• 2.2.1 瞬时太阳辐射模型26
• 2.2.2 直散分离模型的建立26-28
• 2.2.3 斜面太阳辐射强度的计算28-32
• 2.3 集热器效率计算32-35
• 2.3.1 集热器效率一次方程32-34
• 2.3.2 集热器效率二次曲线34-35
• 2.3.3 集热器热性能分析35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 地源热泵系统设计36-47
• 3.1 地热换热器传热模型36-41
• 3.1.1 钻孔外有限长线热源模型37-38
• 3.1.2 钻孔内准三维模型38-41
• 3.1.3 多钻孔地埋管换热器的传热分析41
• 3.2 地埋管换热器设计模拟软件41-44
• 3.3 热泵模型44
• 3.4 建筑负荷计算44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 季节性蓄热太阳能-地源热泵复合系统47-57
• 4.1 季节性蓄热太阳能—地源热泵复合系统定义47
• 4.2 季节性蓄热太阳能—地源热泵复合系统优势47-48
• 4.3 复合系统的季节性蓄热48-50
• 4.4 季节性蓄热复合系统运行方案和控制策略50-53
• 4.4.1 不考虑夏季空调的季节性蓄热太阳能—地源热泵复合系统51-52
• 4.4.2 考虑夏季空调的季节性蓄热太阳能-地源热泵复合系统52-53
• 4.5 季节性蓄热复合系统集热板面积及太阳能保证率的计算53-56
• 4.5.1 不考虑夏季空调的季节性蓄热复合系统集热板面积计算54-55
• 4.5.2 考虑夏季空调的季节性蓄热复合系统集热板面积计算55-56
• 4.6 复合式系统埋管量计算56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 季节性蓄热复合系统设计举例57-79
• 5.1 沈阳某办公楼季节性蓄热复合系统设计57-69
• 5.1.1 基本资料57-58
• 5.1.2 不考虑夏季空讽的季节性蓄热复合系统58-60
• 5.1.3 单供暖的地源热泵系统60-61
• 5.1.4 方案比较一61-62
• 5.1.5 考虑夏季空调的季节性蓄热复合系统62-65
• 5.1.6 地源热泵空调系统65
• 5.1.7 方案比较二65-67
• 5.1.8 方案比较三67-69
• 5.2 二连浩特某办公楼的季节性蓄热复合系统设计举例69-73
• 5.2.1 基本资料70-71
• 5.2.2 计算分析71-73
• 5.3 济南住宅楼的季节性蓄热复合供暖系统设计73-77
• 5.3.1 基本资料73-75
• 5.3.2 计算结果75-76
• 5.3.3 经济性比较76-77
• 5.4 本章小结77-79
• 第6章 结论与展望79-81
• 6.1 论文结论79-80
• 6.2 进一步研究内容与展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文86

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