北京地区太阳能—土壤源复合式热泵系统应用特性研究

【摘要】：地源热泵技术作为一种利用可再生能源的暖通空调新技术,是建筑节能领域国际上通用的高效节能技术。目前,国内外关于地源热泵技术方面研究的热门课题之一是同其他冷热源相结合的复合式系统的研究。但是,由于地域条件,系统造价、气候特点、集成技术特点不同等原因,国外的研究结论不一定适用于中国的具体国情。所以,本课题研究以太阳能为辅助热源的复合式系统在北方寒冷气候条件下的适应性和经济性,以期为实际工程设计提供参考。 本文从土壤源和太阳能作为复合式热源的角度出发,主要做了以下研究工作：①选取北京地区单体低密度建筑为基准建筑,使用TRNSYS软件建模,进行全年逐时负荷模拟；②根据规范以及实际情况,进行了土壤源热泵系统、太阳能系统的设计并对一些关键参数的选取进行了讨论；③以TRNSYS软件为平台,分别建立了土壤源热泵系统、混合式系统两种运行模式的计算模型；④选取不同钻孔深度,选定几个具有代表性的参数,对比分析复合式系统相对于单独埋管系统在系统性能上的提升作用,并对最优运行模式进行了选取；⑤运用优化分析软件,以全寿命周期成本最小为目标函数,选用胡克-捷夫优化算法,对单独埋管系统、混合式系统的经济性进行了优化分析；⑥对土壤源热泵系统地下温度场变化趋势和规律进行了分析和探讨。 本文的主要结论：①在土壤源热泵系统供暖季运行工况不佳时,比如地埋管尺寸不够的情况下,混合式系统可以明显改善系统的运行性能；②运行模式二的综合效果最优,如果单纯的在冬季供暖情况下使用太阳能作为辅助热源,此运行模式可作为实际工程设计与运行的优选方案；③地下换热器系统的设计要综合考虑全年进出口温度和地埋管造价的影响；④土壤平均温度可作为预测系统运行状况的一个优选参数。在进行土壤源热泵系统设计时,运行期末允许的地温下降幅度与地下换热器的钻孔费用有关,在本文的研究条件下,此值约为2.0～2.4℃。否则,应增加地下换热器的尺寸或增设辅助热源；⑤按照供暖季补热的原则来选择设计太阳能系统,并非经济。应该考虑季节性蓄热等措施减少选取的集热器面积,同时在非采暖季通过提供生活热水等途径,最大限度的利用太阳能系统；⑥应用混合式系统的条件应该是在各种原因导致的地下换热器尺寸不够时。 限于条件,本论文只对北京地区太阳能-土壤源热泵系统的运行状况进行了模拟研究,所得结果还有待于通过实验来验证。本论文研究的结果可以为太阳能-土壤源热泵系统的实际设计、运行及管理提供参考。 【关键词】：太阳能 土壤源热泵 土壤平均温度 TRNSYS
【学位授予单位】：中国建筑科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 土壤源热泵系统11-13
• 1.2.2 太阳能建筑应用13-15
• 1.2.3 太阳能-土壤源热泵结合15-17
• 1.3 课题的主要研究内容17-19
• 第2章 计算软件和数学模型19-39
• 2.1 计算软件19-20
• 2.2 太阳能集热器模型20-25
• 2.2.1 术语21-22
• 2.2.2 数学描述22-23
• 2.2.3 对理想效率曲线的修正23-24
• 2.2.4 外部数据文件24-25
• 2.3 地埋管模型25-35
• 2.3.1 传热过程26-27
• 2.3.2 局部传热过程27-29
• 2.3.3 数值计算过程29-35
• 2.4 水源热泵机组模型35-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 太阳能-土壤源热泵系统的设计39-52
• 3.1 太阳能-土壤源热泵联合运行系统的提出39-42
• 3.2 基准建筑的选取以及负荷计算42-45
• 3.3 土壤源热泵系统的设计45-49
• 3.3.1 热泵机组和循环水泵45-46
• 3.3.2 一些物性参数的确定46-47
• 3.3.3 地埋管换热系统设计47-49
• 3.4 太阳能系统的设计49-50
• 3.4.1 太阳能集热器面积的确定49
• 3.4.2 贮热水箱容积的确定49-50
• 3.4.3 太阳能系统控制策略50
• 3.5 本章小结50-52
• 第4章 太阳能-土壤源热泵系统联合运行特性的研究52-69
• 4.1 研究的思路52
• 4.2 分析研究过程52-59
• 4.2.1 热泵机组的进水温度52-54
• 4.2.2 机组COP54-56
• 4.2.3 年节电量56-57
• 4.2.4 地下取热量57-58
• 4.2.5 供暖季集热量58-59
• 4.3 系统的优化分析59-67
• 4.3.1 单独埋管系统的优化62-64
• 4.3.2 混合式系统的优化64-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第5章 土壤平均温度的状况分析及变化规律69-82
• 5.1 土壤温度场变化趋势分析69-72
• 5.2 土壤温度场变化规律分析72-80
• 5.2.1 地下换热器吸排热量平衡系统72-75
• 5.2.2 地下换热器吸排热量不平衡系统75-78
• 5.2.3 计算结果的讨论78-80
• 5.3 本章小结80-82
• 第6章 总结与展望82-85
• 6.1 工作总结82-83
• 6.2 展望83-85
• 参考文献85-87
• 致谢87

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

浅层岩土蓄能加浅层地温能才是地源热泵可持续利用的低温热源    董菲;倪龙;姚杨;姜益强;马最良;

评“浅层地热能”的资源观点与评价方法    汪训昌;

太阳能地源热泵式空调系统研究    刘逸

太阳能—土壤复合式地源热泵运行特性研究    李永

太阳能—土壤源热泵系统在华北地区应用的模拟研究    许昭龙

西安实施太阳能建筑一体化规模化供热适宜性研究    刘寅;李安桂;周光辉;

建筑主动利用太阳能能效探讨    毛建西;

铸钢件保温冒口的优化设计    欧寿铸;陈建明;

饲料配方的最优化方法及计算机程序设计    潘宝珠;

工程测边网可靠性研究    张晓明,李廷训

合肥地区垂直U型埋管换热器实验分析及模拟    刘亮;

新农村住宅中太阳能采暖研究    徐玉梅;孙克春;

太阳能在夏热冬冷农村地区的应用研究    曹辉;廖秋阳;

太阳能热水工程在小城镇住宅中的应用    曹辉;廖秋阳;王争利;

别墅太阳能热水系统优化设计思路与体会    袁新毓;杨金桥;

混合式地源热泵系统在合肥某工程中的设计分析    陈洁;叶倩;

合肥地区垂直U型埋管换热器实验分析及模拟    胡宁;王晏平;李雪飞;

微波二端口网络机辅设计程序    苏屏;

土壤源热泵技术在历史街区保护规划中的应用——以南京南捕厅历史街区为例    陈北领;

太阳能热水系统的安全性    丁海兵;

地埋管中央空调系统在山东省胸科医院中的应用    王仕凡;徐勇;毛树伟;

太阳能辅助热泵系统分析与研究    王强;尚鑫;

某五星级酒店空调系统热回收节能分析    卢晗;曲晓宁;楚广明;

某地源热泵系统经济技术比较及节能分析    曲晓宁;卢晗;楚广明;

土壤耦合热泵系统的热响应实验方法研究    余龙;余延顺;

催化裂化过程建模与应用研究    栗伟

机器人双目立体视觉若干关键理论问题及其技术实现研究    赖小波

24kV永磁机构真空断路器关键技术研究    刘向东

大跨度钢结构施工力学分析及应用研究    潘多忠

同轴回旋管高频特性的研究    刘睿

锥模型信赖域算法研究    陆晓平

高层住宅太阳能热水系统一体化设计研究    杜晓辉

太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究    李志永

竖直埋管地源热泵恒温恒湿空调系统研究    余鑫

低渗透非均质油藏渗流特征及反问题研究    程时清

丘陵山区重力式村镇供水管网优化及安全调控研究    张峰

催化裂化反再系统动态建模与仿真平台开发    张惊端

求解约束优化问题的两个非线性Lagrange函数    朱琳琳

岩土热响应测试仪的研制与实验研究    尹振江

石脑油催化裂解制乙烯丙烯反应动力学研究    吴小军

凸优化在大规模机器学习中的应用    丁朋

混合智能算法在梯级水库中长期优化调度中的应用    李庚

复合式地源热泵系统辅助散热冷却塔研究    张宏弢

数控车床床身结构动态分析与优化研究    林天清

污水源热泵的设计及应用    于蕾

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟    林媛

地源热泵-供暖空调节能环保技术    李新国,胡璟,赵军,朱强,王施力

地源热泵空调系统的研究开发与应用    刁乃仁,方肇洪,过增元

世界能源消费现状和可再生能源发展趋势(上)    钱伯章;

浅层地热能勘查评价    韩再生;冉伟彦;佟红兵;刘志明;

太阳能热水器的应用    曾广强

地源热泵的运行特性模拟研究    王景刚,马一太,张子平,王侃宏,候立泉

大型太阳能热水供应系统设计的若干问题    田琦

土壤热源与热泵联接运行冬季工况的试验研究    张昆峰，马芳梅，金六一，汤建华

在我国热泵技术发展进步中应关注的几个问题    马最良;姚杨;姜益强;倪龙;

竖直埋管型地源热泵地下传热及热力性能的研究    赵军

热管技术与其在太阳能热水器中的应用    陈海飞

真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的理论与实验研究    王世锋

U型垂直地下埋管换热器地源热泵全年实验研究与传热模型    任晓红

土壤源热泵在中央空调系统中的应用    韩慧民

土壤源热泵系统设计方法    胡建平

土壤源热泵技术分析    郑万兵,吴宜珍

土壤源热泵的研究    魏先勋,李元旦,林玉鹏,曾光明

土壤源热泵SCADA系统的设计与应用    李丽新,李新国,汪洪军

土壤源热泵系统国内外研究状况及其发展前景    杨卫波,董华

土壤源热泵的国内外研究和应用现状及展望    李元旦,张旭

长江流域住宅采暖降温方案分析    康宁,曾淼,付祥钊

高效节能的绿色空调技术——土壤源热泵    郑江,杨晓梅,杨卫波

千禧国际村:用上“土壤空调”    

土壤源热泵VWV系统的性能分析    李琼;张子平;

土壤源热泵空调工程设计与施工    张燕立;张新发;由世俊;

太阳能辅助加热的土壤源热泵性能分析    毕文峰;王侃宏;

土壤源热泵系统的运行参数实验及分析    王婧;于凤菊;丁良士;

土壤源热泵VWV系统的性能分析    李琼;张子平;

动态负荷分布对土壤源热泵系统的影响    于凤菊;丁良士;

土壤源热泵VWV控制系统的研究    李琼;张子平;

土壤换热器设计尺寸的影响因素分析    于凤菊;王婧;丁良士;

利用地温能的新型热电冷联供系统及应用分析    李锋;赵玺灵;付林;张世钢;

土壤换热器设计尺寸的影响因素分析    于凤菊;王婧;丁良士;

“晋瑞苑”主体全面封顶    陈剑

地下土壤也可作“空调”    姜桦

浦江水怎么成就世博轴绿色奇迹    本报首席记者 张奕

用土壤供暖制冷    魏占学 王建忠 张莉 赵珺

空调自然生 天蓝水更清    交轩

新技术打造津门建筑节能典范    通讯员　辛文

将建筑节能进行到底    本报记者　 段晓东

地源热泵应用前景广阔    徐伟张时聪

叩问建筑节能前行路径    沈俊霖

地源热泵技术供暖悄然兴起    葛素表 晓苔

珠江三角洲森林和蔬菜地土壤一氧化氮排放    李德军

土壤源水冷多联机系统特性研究    周柯岑

土壤源水冷多联机系统全年运行特性研究    林博

办公建筑土壤源多源复合热泵系统能效特性研究    聂斌

土壤源储能池对室内热环境的调节作用研究    曹亚静

北京地区太阳能—土壤源复合式热泵系统应用特性研究    潘玉亮

太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究    杨剑峰

土壤源热泵热水系统运行模拟及优化设计研究    陈迪

土壤源地源热泵系统节能分析及可行性评价体系构建    徐亚昆

公共浴室供热方案能耗比较研究    冯加坤

土壤源热泵系统运行特性与动态仿真研究    汪洪军