太阳能—地源热泵耦合系统联合运行模式研究

【摘要】：近年来,日益严峻的环境和能源形势已成为威胁我国社会安定的一个重要因素,对可再生清洁能源的开发已经迫在眉睫,作为以太阳能和地热能这两大洁净能源为热源的太阳能-地源热泵的耦合系统,对缓解我国当前能源和环境危机将起到不可估量的作用。本文就是在这种背景下,以西安地区一小型住户为例进行的模拟研究。本文的研究主要是基于地源热泵单独运行的基础上进行的。考虑到太阳能和地源热泵复合系统的复杂性,可以对系统建立简化模型。文中把系统分为独立的3个模块,即地埋管模块、集热器模块、热泵机组模块,然后对每个模块建立数学模型,通过模块间的耦合参数模拟系统的运行。在集热器传热模型建立过程中集热器面积和集热器最佳倾角的确定都是非常重要的。在确定最佳倾角时,本文通过matlab软件实现西安地区集热器接收太阳年辐射量与其倾斜角度的关系表示图,并最终确定西安地区集热器最佳安装倾角约为30度,进行面积确定时,主要是通过太阳能保证率、机组COP以及建筑末端负荷关系进行估算,本文集热器面积约为6.5m2。建立地埋管传热模型时,本文先介绍了土壤热物性一些测试方法,并给出了土壤初始温度分布的计算表达式。本文地埋管的数学模型是基于圆柱型热源理论建立的,考虑到末端负荷的周期性波动,在圆柱型热源理论基础上建立变热流计算模型。通过建立传热模型,对耦合后的模拟运行结果分析:系统在并联模式下运行时,通过地埋管流量要尽量增大,在耦合系统联合运行时,串联模式一的运行效果更好。由于本校的多能源综合利用实验室中(太阳能-地源热泵耦合系统)还没有正式投入运行,因此模拟结果还有待进一步的实验验证。 【关键词】：太阳能-地源热泵耦合系统 集热器 联合运行 并联模式 串联模式
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83;TU18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题的研究背景和现实意义9-12
• 1.1.1 课题的研究背景9-11
• 1.1.2 课题研究的目的及意义11-12
• 1.2 太阳能和地源热泵系统的提出12-15
• 1.2.1 太阳能系统12-14
• 1.2.2 地源热泵系统14-15
• 1.2.3 太阳能-地源热泵系统15
• 1.3 国内外对太阳能-地源热泵系统的探究和发展15-18
• 1.3.1 太阳能系统的探究和发展15-16
• 1.3.2 地源热泵系统的探究和发展16-17
• 1.3.3 太阳能-地源热泵系统的国内外研究历史及现状17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-19
• 第二章 太阳能和地源热泵的复合系统以及模块化算法19-26
• 2.1 太阳能-地源热泵系统的结构、功能及运行方式19-20
• 2.2 太阳能-地缘热泵系统的联合运行模式20-22
• 2.2.1 太阳能-地源热泵系统的串联运行模式21-22
• 2.2.2 太阳能-地源热泵系统的并联运行模式22
• 2.3 联合运行模式的模块化算法22-25
• 2.3.1 计算机仿真技术及其在暖通领域的应用23
• 2.3.2 冬季供暖工况下系统模拟研究方法设计23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 太阳辐射计算及集热器的传热模型26-48
• 3.1 太阳辐射能26-35
• 3.1.1 太阳能特点及其在我国的资源分布情况26-29
• 3.1.2 太阳辐射强度的计算29-35
• 3.2 太阳能集热器的形式35-38
• 3.2.1 全玻璃真空管太阳能集热器35-36
• 3.2.2 热管式真空管太阳能集热器36
• 3.2.3 平板型太阳能集热器36-38
• 3.3 集热器最佳倾角的确定38-41
• 3.4 集热器面积的确定41-42
• 3.5 平板型太阳能集热器传热过程数学模型42-47
• 3.5.1 集热器传热过程分析42-43
• 3.5.2 集热器的散热损失计算43-45
• 3.5.3 集热器的有效集热量计算45-46
• 3.5.4 集热器效率方程46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 土壤温度场计算及地埋管传热模型48-58
• 4.1 土壤热物性48-50
• 4.1.1 热物性参数测试48-50
• 4.2 土壤温度场50-51
• 4.2.1 影响土壤温度分布的因素50
• 4.2.2 土壤初始温度分布50-51
• 4.3 地埋管形式及其传热模型51-52
• 4.3.1 地下埋管埋设形式51-52
• 4.4 地下埋管换热器的数学传热模型及计算52-57
• 4.4.1 地埋管传热模型比较52-53
• 4.4.2 钻孔壁传热模型计算53-56
• 4.4.3 地埋管传热计算56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 太阳能-地源热泵耦合系统模拟运行结果分析58-70
• 5.1 热泵机组模型建立及选型58-60
• 5.1.1 热泵机组模型58-59
• 5.1.2 热泵机组选型59-60
• 5.2 选取系统运行参数60-61
• 5.3 系统运行模式模拟流程设计61-65
• 5.4 系统模拟结果及分析65-69
• 5.4.1 系统在多种模拟运行模式下模拟结果65-68
• 5.4.2 系统模拟运行结果分析68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 结论70
• 展望70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士期间取得的研究成果76-77
• 致谢77

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