动态热负荷下太阳能土壤源热泵系统性能研究

【摘要】：能源短缺与环境污染已成为世界各国面临的全球性问题,我国的能源和环境问题是发展可持续发展战略所面对的重要问题。有效利用能源与开发利用新能源是解决能源与环境问题的手段。太阳能集热器与地埋管联合的太阳能—土壤源热泵系统能克服太阳能的间歇性与缓解土壤温度的恢复压力,具有节能环保优势,有广阔的发展前景。 本文在前人研究的基础上提出了太阳能—土壤源热泵系统的概念,通过对太阳能辐射量、地埋管换热量以及热泵机组换热量的研究建立了系统的数学模型,并计算了模拟所采用建筑物的逐时热负荷。介绍了供暖工况下的土壤源热泵实验,研究了运行24小时以及停机12小时恢复时间内土壤温度场的变化,对50米U型管不同埋深处,土壤初始温度值、运行24小时后以及恢复12小时后的温度场作了比较。分析了三次开机时,热泵机组耗功量、埋管吸热量以及热泵机组COP随运行时间的变化趋势,得出了耗功量随运行时间而增大以及埋管吸热量和热泵机组COP随运行时间增长而减小的结论。 本文采用VB编制了用于模拟研究该问题的应用软件,界面简洁实用,模拟结果与实验数据基本吻合,可用于该问题的研究。重点研究了两种串联运行模式以及并联运行四种分流比下埋管和集热器出口水温、热泵进口水温、地埋管和集热器吸(放)热量、热泵机组COP等量随运行时间的变化规律。从地温恢复、系统节能角度考虑,比较了各种运行模式下,地埋管的吸(放)热量、热泵机组COP的变化情况。 得出的结论为：联合供暖系统的性能在各方面均具有较大优越性；动态热负荷的加入对研究该问题具有一定意义；从地温恢复、系统节能以及系统运行稳定性等方面综合考虑,分流比S=0.8的运行并联运行工况为本文研究条件下的最佳运行模式。 增设太阳能集热器的实验台还在筹建中,故没有对联合供暖系统的模拟结果与实验数据作比照。 【关键词】：太阳能—土壤源热泵系统 动态热负荷 联合运行模式 节能
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 选题背景和意义9-14
• 1.2 国内外研究概况14-16
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 太阳能—土壤源热泵系统概述16-17
• 1.4 太阳能热利用概述17-22
• 1.4.1 我国太阳能资源17-18
• 1.4.2 太阳能集热器18-22
• 1.5 课题主要研究内容22-23
• 2 联合供暖系统数学模型23-38
• 2.1 热泵机组模型23-24
• 2.2 埋管换热器模型24-32
• 2.2.1 埋管换热器模型选择25-30
• 2.2.2 埋管换热器模型建立30-32
• 2.3 太阳能集热器模型32-36
• 2.3.1 太阳辐射量计算32-35
• 2.3.2 太阳能集热器面积计算35-36
• 2.3.3 太阳能集热器模型建立36
• 2.4 本章小结36-38
• 3 房间逐时热负荷计算38-49
• 3.1 供暖系统设计热负荷38-43
• 3.1.1 维护结构基本耗热量38-40
• 3.1.2 维护结构附加耗热量40-42
• 3.1.3 冷风渗透耗热量42
• 3.1.4 冷风侵入耗热量42-43
• 3.2 室外逐时温度计算43-45
• 3.3 逐时热负荷计算45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 土壤源热泵实验研究49-60
• 4.1 土壤源热泵实验台概况49-53
• 4.2 供暖工况实验53-58
• 4.2.1 上壤温度场变化分析54-57
• 4.2.2 热泵机组耗功量分析57
• 4.2.3 埋管吸热量分析57-58
• 4.2.4 热泵机组COP分析58
• 4.3 本章小结58-60
• 5 联合供暖系统模拟研究60-79
• 5.1 应用软件部分界面60-63
• 5.2 模拟参数63
• 5.3 模型验证63-64
• 5.4 模拟结果分析64-77
• 5.4.1 单独运行土壤源热泵64-66
• 5.4.2 两种串联运行模式的比较66-71
• 5.4.3 并联运行模式不同分流比的比较71-75
• 5.4.4 各种运行模式的比较75-77
• 5.5 本章小结77-79
• 6 结论与展望79-82
• 6.1 结论79-80
• 6.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况86-87
• 致谢87-88

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