太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性研究

【摘要】： 本文以太阳能—土壤复合式地源热泵为研究对象,从土壤源热泵应用中存在埋管面积不够的角度出发,提出了太阳能集热器和蓄热水箱与地下埋管换热器相结合的太阳能—土壤复合式地源热泵系统。开展了复合式地源热泵运行特性的研究。主要研究内容包括: 1.分析了太阳能热源和土壤热源的特点,对邯郸地区晴天时朝南放置的任意倾角倾斜面上太阳辐射量进行了逐时理论计算,得到了在邯郸地区采暖季可获得最大太阳辐射量的集热器倾角。以周期性温度作用下的地下土壤温度分布方程为基础,对不同深度处地下土壤温度场的变化规律进行了理论计算和分析。 2.根据所拟合的实验用压缩机的输气系数和压缩机总效率表达式,联立蒸发器、冷凝器和太阳能集热器模型,在此基础上开展复合式地源热泵运行特性理论研究。讨论了压缩机耗功量随蒸发温度、蒸发器进水温度和压缩比的变化情况及机组COPh、蒸发器吸热量和冷凝器排热量随蒸发温度的变化情况。指出在埋管面积受限的场合,为避免埋管长度不够而造成机组出力不足使室内温度达不到设计要求时,如果有较丰富的太阳能资源可资利用,可以采用将太阳能集热器和地下埋管换热器相结合的太阳能—土壤复合式地源热泵系统。 3.进行了太阳能—土壤复合式地源热泵的实验研究。首先进行土壤源热泵冬季供暖的实验研究。其次针对土壤源热泵在实际应用中存在埋管面积不够的情况,在减少一半埋管长度的情况下,实验验证了土壤源热泵在冬季供暖运行中存在的各种问题。最后,将埋地盘管和太阳能集热器与蓄热水箱结合起来,进行复合式地源热泵系统冬季供暖实验研究,证明了其可行性并分析了系统各参数的变化规律。 4.以变热流条件下的圆柱源理论为基础,并引入“形状因子”的概念,通过地下埋管换热器的出口水温关联热泵机组、埋管换热器和太阳能集热器的运行特性,建立起耦合地面热泵机组、地下埋管换热器和太阳能集热器特性的R134a复合式地源热泵运行特性模拟模型;对模拟结果的验证表明,所建模型模拟结果与实验结果吻合度较高,可以有效的模拟复合式地源热泵的冬季运行特性,此模型在复合式地源热泵系统的方案设计以及全年能耗分析等方面具有指导意义;利用所建模拟模型开展复合式地源热泵的运行特性模拟,对集热器面积改变时系统的各参数变化情况进行分析和研究。 【关键词】：太阳能—土壤复合式地源热泵 土壤源热泵 太阳能集热器 运行特性
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU833
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景9-11
• 1.2 土壤源热泵的研究现状11-13
• 1.3 太阳能—土壤复合式地源热泵的应用和研究现状13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 太阳能、土壤热源的特点研究16-31
• 2.1 太阳能的特点16-17
• 2.2 晴天太阳辐射量的理论计算17-23
• 2.3 土壤热源的研究23-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性的理论分析31-40
• 3.1 太阳能—土壤复合式地源热泵系统流程31-32
• 3.2 太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性分析模型32-35
• 3.3 太阳能—土壤复合式地源热泵冬季运行特性分析35-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性的实验研究40-55
• 4.1 实验装置数据采集及处理系统41-45
• 4.2 土壤源热泵冬季实验结果分析45-49
• 4.3 太阳能—土壤复合式地源热泵冬季实验结果分析49-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性的模拟研究55-70
• 5.1 模拟研究背景综述55-57
• 5.2 系统各组件的数学模型57-62
• 5.3 模拟方法和程序结构62-64
• 5.4 复合式地源热泵模拟模型的验证64-65
• 5.5 复合式地源热泵模拟结果分析65-67
• 5.6 不同集热器面积时的模拟结果分析67-69
• 5.7 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 作者简介77
• 攻读硕士学位期间发表论文和科研成果77

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