基于溶液除湿的太阳能—地源热泵复合空调系统研究

【摘要】：近几年,在开发和研究绿色节能技术中,太阳能和浅层地热能越来越多的被应用在建筑节能领域,并且得到大家的普遍认可和青睐。虽然太阳能和浅层地热能都属于清洁能源,并且都广泛的存在,但是随着对其应用的加深和探索,我们会发现如果单独利用浅层地热能或太阳能,都有一定的缺陷。太阳能虽然取之不尽,用之不竭,但是它受季节、时间、地理位置等因素的影响很大,这些问题就造成了太阳能辐射能流密度的不稳定和应用不连续性的特点；浅层土壤中虽然储存有大量的低品味热能,如果只是单独利用这部分热能,会出现地下冷热量不平衡的问题,尤其在我国北方的严寒地区,长期下去,会使土壤平均温度下降,同时增加热泵机组负担,能耗也跟着增大。本课题研究的初衷是将太阳能技术、热泵技术以及溶液除湿技术综合应用在建筑节能领域,三者联合运用,达到优势互补,最终达到节能环保的目的。本文选用济南某办公楼为建筑模型,借助TRNSYS软件中的TYPE56模块,根据该建筑的实际情况对该建筑模型进行具体的参数设置,并进行负荷模拟,得到夏季最大冷负荷为342.27 KW,冬季最大热负荷为260.91 KW,全年的累加吸热量和累加散热量存在不平衡问题,不平衡率达到22%,而且通过模拟也得出,夏季潜热负荷的累加量在全热负荷中占到42.4%。针对该办公楼,利用TRNSYS仿真软件建立地源热泵单独运行的模拟系统,分别模拟该系统运行1年和20年的参数变化情况,通过模拟发现,随着运行时间的加长,地埋管进出口水温呈不断下降的趋势,土壤温度也有明显的下降趋势,土壤温度从最初的设定温度15.2℃下降到12.5℃,降幅达到17.8%。由于济南位于夏热冬冷地带,且夏季湿度较大,鉴于地源热泵单独运行存在冷热不平衡的问题,本文在此基础上建立了基于溶液除湿的太阳能-地源热泵复合空调系统。以太阳能为辅助热能,夏季利用溶液除湿,承担建筑物潜热负荷,太阳能进行溶液再生,使地源热泵机组在高温工况下制冷；冬季利用太阳能回灌技术,辅助地源热泵采暖,提高热泵机组的冬季供热性能。在]TRNSYS软件中搭建太阳能-地源热泵复合空调系统模型,并分别模拟复合系统在高温工况和低温工况的运行情况。通过模拟分析得到,在采暖季的集热器的集热效率保证在0.3～0.5之间,能较好的与热泵系统匹配；太阳能-地源热泵复合系统能够较好的解决了地源热泵常年单独运行带来的地温连年下降问题,能使平均地温稳定在15.2℃左右；地埋管的进、出水温度和热泵机组的能效值都维持在相对稳定状态；而且通过对比发现,带有溶液除湿的复合系统相比于常规地源热泵系统：夏季热泵机组的COP从5.0提高到6.5,升幅达到30%；系统的COP从3.2提高到4.0,升幅达到25%。高温工况下,热泵机组的供水温度稳定在20℃C,就可以满足制冷要求。通过模拟分析,对我们将该系统运用到实际工程中也起到了指导性作用。 【关键词】：供热 制冷 太阳能 地源热泵 溶液除湿
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 第2章 建筑负荷模拟17-25
• 2.1 建筑概况17-18
• 2.2 模拟用气象数据18-21
• 2.3 建筑负荷模拟分析21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 地源热泵系统独立运行的模拟分析25-45
• 3.1 常规地源热泵空调系统方案25-29
• 3.2 相关部件数学模型29-39
• 3.3 常规地源热泵系统模拟分析39-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 太阳能溶液除湿空调系统设计45-57
• 4.1 太阳能溶液除湿空调系统设计45-48
• 4.2 除湿剂的选择及参数确定48-51
• 4.3 溶液除湿-再生过程分析51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 太阳能-地源热泵复合系统模拟分析57-71
• 5.1 太阳能集热器57-61
• 5.2 太阳能-地源热泵复合系统方案设计61-64
• 5.3 太阳能-地源热泵复合空调系统模拟分析64-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研情况78

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