严寒地区太阳能—土壤源热泵供热系统的分析

【摘要】：随着地源热泵技术的发展，地源热泵在各个地区得到广泛的应用，但是严寒地区冬季建筑的热负荷远远大于冷负荷，地源热泵长期运行会导致土壤的温度下降，导致系统不能有效的运行。为解决这个问题，在严寒地区可以考虑采用太阳能补热，把太阳能与土壤源热泵耦合在一起，利用太阳能向土壤补热，使土壤温度保持平衡。 本文在已有研究的基础上，提出了利用太阳能-土壤源热泵供热的系统。该系统分为五个子系统：太阳能集热系统、生活热水系统、地板辐射供暖系统、地埋管换热系统和热泵制热系统。该系统在夏季的时候太阳能用来供应生活热水的同时向土壤蓄热，系统优先考虑生活热水的供应。在冬季太阳能只用来预热生活热水，土壤源热泵向采暖系统供热的同时加热生活热水。 本文以哈尔滨地区的一栋多层民用建筑为研究对象，介绍了系统中用到的组件在TRNSYS软件中的数学模型和某些参数的确定方法，利用TRNSYS软件建立起系统的模型，通过设置控制模块对系统进行了为期一年的仿真模拟，根据模拟结果分析了房间温度、土壤的平均温度、土壤的蓄放热量、地埋管进出口温度和热水箱的温度的变化情况以及系统中热泵运行的特性等进行了分析。同时还探讨了地埋管的不同间距和埋深对系统运行特性的影响，给出了合理的地埋管埋深和间距。 最后本文对此系统与传统的锅炉供暖系统的初投资和运行成本进行了经济性分析，得出此系统具有可观的经济效益，从而论证了此系统在严寒地区的可行性，为该系统在实际中的应用奠定了理论基础。 【关键词】：严寒地区 太阳能-土壤源热泵 季节性蓄热 TRNSYS动态模拟 经济性分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU833.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第1章 绪论7-15
• 1.1 课题研究的背景及研究的目的和意义7-10
• 1.1.1 课题研究的背景7-9
• 1.1.2 研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 太阳能-土壤源热泵的研究现状10-12
• 1.2.2 太阳能季节性蓄热的研究现状12-13
• 1.3 国内外研究现状总结和问题的提出13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 第2章 太阳能-土壤源热泵供热系统的设计15-27
• 2.1 系统形式的建立15-18
• 2.2 基准建筑的选取18-19
• 2.3 用户热水负荷的计算19-20
• 2.4 太阳能集热系统的设计20-22
• 2.4.1 采暖系统太阳能集热器面积的确定20-21
• 2.4.2 太阳能热水系统太阳能集热器面积的确定21-22
• 2.5 水箱的设计22-23
• 2.6 辅助热源的设计23-24
• 2.7 地埋管换热器的设计24-26
• 2.8 热泵机组的选型26
• 2.9 本章小结26-27
• 第3章 计算软件和数学模型27-37
• 3.1 TRNSYS 软件简介27-28
• 3.2 太阳能-土壤源热泵系统中应用的模块28-36
• 3.2.1 建筑物28-30
• 3.2.2 太阳能集热器30-32
• 3.2.3 竖直土壤换热器32-33
• 3.2.4 水源热泵33-34
• 3.2.5 蓄热水箱34-35
• 3.2.6 辐射地板35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 太阳能-土壤源热泵系统的模拟结果分析37-56
• 4.1 模拟结果分析38-50
• 4.1.1 房间温度的变化情况38-40
• 4.1.2 热泵的运行性能分析40-42
• 4.1.3 土壤的温度和蓄、取热量变化情况的分析42-46
• 4.1.4 生活热水箱温度和得热量的分析46-49
• 4.1.5 太阳能全年利用情况49-50
• 4.2 地埋管的参数对系统运行的影响50-55
• 4.2.1 地埋管间距对系统特性的影响50-52
• 4.2.2 地埋管埋深对系统性能的影响52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 太阳能-土壤源热泵系统的经济性分析56-60
• 5.1 系统的初投资分析56-57
• 5.2 系统的年运行费用57-58
• 5.3 利用费用年值法对系统进行分析58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68

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