太阳能—地源热泵耦合供暖系统研究

【摘要】：地源热泵系统具有清洁、高效、节能等优点,但在我国某些地区(北方地区)长期运行过程中由于季节冷热负荷的不平衡性,会产生地下温度场失衡的问题。太阳能具有储量巨大和利用清洁的优点,但也存在着能量密度低,使用过程具有间歇性等缺点。在综合这两种建筑新能源利用技术优缺点的基础上,针对滨州超越地源热泵科技有限公司厂区宿舍地源热泵工程,设计一种符合北方气候特点的太阳能—地源热泵耦合供暖系统并进行分析。 对基于太阳能的地源热泵的发展应用进行了文献综述,并分析了该技术的研究现状。在综合前人工作的基础上,以厂区宿舍楼室内地板辐射采暖工程和室外地源热泵工程的实际工况为基础,确定太阳能—地源热泵耦合供暖的设计方案。 针对地源热泵长期使用后地下温度场失衡的问题,采用太阳能对地源热泵系统进行改造。以在一个供暖周期中供暖季从地下温度场提取的热量与非供暖季向地下温度场回灌的热量平衡为原则,确定太阳能保证率f’,进而计算出太阳能集热器的面积、贮水箱的大小、太阳能侧循环泵的选型、膨胀罐的容积等,然后通过合理的设定控制方式,保证太阳能集热器收集的热量优先利用。最后以解决宿舍楼供暖季供暖和耦合供暖系统地下温度场非供暖季热量回灌为原则,设计出满足要求的耦合供暖系统图。 以Trnsys软件作为仿真平台,建立太阳能—地源热泵耦合供暖模型,并对联供系统的供暖特性进行动态模拟。分别对典型日和整个供暖季的室外气温、房间温度、室外太阳能辐射、贮水箱的逐时温度、地源热泵和太阳能的供热量比例进行分析,对太阳能—地源热泵耦合供暖方案进行验证。模拟结果表明,在整个供暖季,耦合供暖系统可以满足用户的供暖需求,宿舍楼室内温度可以达到19℃左右,达到设计要求。通过合理的设定耦合供暖系统的运行方式,达到优先利用太阳能这一清洁、免费的能源的目的,在太阳能部分达到控制系统所设定的换热条件时,地源热泵部分可以在短时间内停机,进行地下温度场的恢复。 在一个供暖周期内,太阳能部分提供的热量大约占整个系统的供热量36%左右,这对供暖季地源热泵系统地下温度场的恢复和COP值的提高都具有重要意义。本文的研究可为建筑物供暖和地源热泵地下温度场失衡问题的解决提供依据,也为相关地源热泵供暖工程的改造提供参考。 【关键词】：太阳能—地源热泵耦合系统 动态仿真 地埋管换热器 Trnsys 热负荷
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU832
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符号表14-16
• 第1章 绪论16-26
• 1.1 课题研究背景及意义16
• 1.2 本课题的提出16-22
• 1.2.1 太阳能热利用系统的应用及其局限性16-18
• 1.2.2 地源热泵系统分类及应用特点18-20
• 1.2.3 土壤源热泵系统的发展历程20-22
• 1.2.4 太阳能—地源热泵耦合系统22
• 1.3 太阳能-地源热泵耦合系统的国内外发展现状22-24
• 1.3.1 国外研究现状22-23
• 1.3.2 国内研究现状23-24
• 1.4 本课题研究内容24-26
• 第2章 厂区宿舍室内地板辐射采暖工程26-32
• 2.1 工程概况、设计内容及依据26-27
• 2.1.1 工程概况26
• 2.1.2 设计内容26
• 2.1.3 设计依据26-27
• 2.2 方案设计思路27
• 2.3 方案设计27
• 2.4 地板辐射采暖的安全施工27-29
• 2.4.1 隔热板材施工27-28
• 2.4.2 加热管的配管和敷设28
• 2.4.3 填充层及地面层的施工28-29
• 2.4.4 地板辐射采暖的施工说明29
• 2.5 地板辐射采暖工程的检验、调试、验收29
• 2.6 供暖单元结构简图29-30
• 2.7 本章小结30-32
• 第3章 厂区宿舍室外地源热泵工程32-45
• 3.1 项目概况、设计原则及依据32-33
• 3.1.1 项目概况32
• 3.1.2 设计原则32
• 3.1.3 设计依据32-33
• 3.2 方案设计思路33-34
• 3.3 方案设计34-36
• 3.4 地埋管换热器设计36-37
• 3.5 方案设计特点37-38
• 3.6 地源热泵系统施工38-44
• 3.6.1 地源热泵系统施工准备38-39
• 3.6.2 地埋管换热器的连接39-41
• 3.6.3 地埋管换热器的安装41-43
• 3.6.4 地埋管换热系统的检验与水压实验43
• 3.6.5 系统的清洗、调试与运行43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第4章 太阳能集热系统的设计计算45-61
• 4.1 太阳能集热器选型45-49
• 4.1.1 太阳能集热器分类45-46
• 4.1.2 太阳能集热器的特点46-47
• 4.1.3 集热器和循环工质选择47
• 4.1.4 太阳能集热器面积的确定47-49
• 4.2 集热器的定位小49-51
• 4.2.1 集热器的安装方位和倾角49
• 4.2.2 集热器前后排间距49-50
• 4.2.3 集热器的连接50-51
• 4.3 系统流量的确定和水泵的选型51-53
• 4.3.1 系统流量的确定51
• 4.3.2 水泵选型51-53
• 4.4 补水箱的选择53-54
• 4.5 膨胀罐的选择54-55
• 4.6 蓄热介质的选择55
• 4.7 蓄热系统的设计55-57
• 4.8 控制系统的设计57-58
• 4.8.1 室内温度控制57
• 4.8.2 系统运行控制57-58
• 4.9 耦合供暖系统设计图58-59
• 4.10 本章小结59-61
• 第5章 太阳能—地源热泵系统耦合供暖的模拟分析61-72
• 5.1 动态模拟分析工具—TRNSYS软件61-64
• 5.1.1 TRNSYS软件介绍61
• 5.1.2 太阳能—地源热泵耦合供暖系统61-64
• 5.2 耦合系统采暖动态模拟结果分析64-71
• 5.2.1 典型日模拟结果分析64-68
• 5.2.2 供暖季模拟结果分析68-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文79-80
• 学位论文评阅及答辩情况表80

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