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太阳能—土壤源热泵系统太阳能保证率的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 12:23:24
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太阳能—土壤源热泵系统太阳能保证率的研究【摘要】:社会经济飞速发展,能源却逐渐衰竭。为促进经济可持续发展,推进节能减排政策,提倡开发新能源和可再生能源等方针势在必行。由于利用了太阳

【摘要】:社会经济飞速发展,能源却逐渐衰竭。为促进经济可持续发展,推进节能减排政策,提倡开发新能源和可再生能源等方针势在必行。由于利用了太阳能和浅层地热能这两种储量丰富且易于收集的清洁可再生能源,太阳能-土壤源(Solar Assisted Ground-source,简称SAGS)热泵系统在节能环保方面具有其它供冷热系统无法比拟的优势。太阳能保证率体现了系统太阳能热利用程度,是太阳能-土壤源热泵系统重要的设计参数。受地理、气候、负荷特性等因素影响,太阳能保证率最佳值涉及问题复杂,研究难度大,目前国内外对该问题的研究相对不足。鉴于此,本研究采用实验研究和模拟分析相结合的方法,从不同角度分析了系统太阳能保证率选取问题,并综合给出最佳太阳能保证率选取的相关建议。 首先,本文以大连理工大学土壤源热泵系统为基础,设计并建立了太阳能-土壤源热泵实验系统,该系统具有夏季供冷、冬季供热、过渡季蓄热三种运行模式,用以满足此类系统实验研究。 其次,本文以TRNSYS软件为平台,建立了对应于实验系统的数学仿真模型,用以进一步的系统分析。利用建成后的系统进行了三组实验研究,确保基于TRNSYS软件所建数学模型的正确性。分析结果表明,本研究所建数学模型较为准确,可满足更深入、更全面的系统研究。 最后,利用经过验证的数学模型分析系统太阳能保证率问题。以大连地区办公建筑为例,结合《公共建筑节能(65%)设计标准》(辽宁省地方标准)DB21/T1899-2011,本文具体分析了系统最佳太阳能保证率选取方法。利用DeST软件分析建筑全年逐时负荷,并用TRNSYS软件深入分析系统性能。选用集热器面积、水箱容积、跨季节蓄热启动温度、地埋管深度、地埋管数量5个因素,运用正交试验原理,分析系统太阳能保证率敏感性,并从运行能耗、土壤温度平衡、系统经济性等角度给出相关建议。结合对不同地区、不同类型建筑、不同节能率建筑的分析,综合给出关于太阳能保证率选取方面的合理建议。研究结果表明,集热器面积是系统供暖季太阳能保证率的高度显著性影响因素,设计集热器面积应最大程度地满足系统经济性高、土壤温度基本实现平衡、运行能耗低,此时的太阳能保证率为系统最佳太阳能保证率,且其与所在地太阳能资源状况以及建筑体形系数、负荷特性、节能率等因素相关。 【关键词】:太阳能 土壤源热泵 保证率 敏感性分析 TRNSYS
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU831
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-11
  • 1 绪论11-19
  • 1.1 课题研究背景和意义11-14
  • 1.1.1 课题研究背景11-12
  • 1.1.2 研究目的和意义12-14
  • 1.2 国内外研究现状14-17
  • 1.2.1 太阳能-土壤源热泵系统的研究现状14-16
  • 1.2.2 TRNSYS在太阳能-土壤源热泵系统研究中的应用现状16-17
  • 1.3 本文的主要工作17-19
  • 1.3.1 存在的问题17
  • 1.3.2 本文主要研究内容17-19
  • 2 太阳能-土壤源热泵实验系统建设19-38
  • 2.1 系统原理设计19-23
  • 2.1.1 夏季供冷20
  • 2.1.2 冬季供热20-22
  • 2.1.3 过渡季土壤蓄热22-23
  • 2.2 系统主要部件设计23-35
  • 2.2.1 太阳能集热系统23-30
  • 2.2.2 土壤换热系统30-31
  • 2.2.3 热泵机组31
  • 2.2.4 循环泵31-33
  • 2.2.5 自动控制系统33-35
  • 2.2.6 其它部件35
  • 2.3 数据采集仪农选型35-37
  • 2.3.1 流量计35-36
  • 2.3.2 热电阻36-37
  • 2.4 本章小结37-38
  • 3 太阳能-土壤源热泵供热系统数学模型建立38-53
  • 3.1 TRNSYS软件介绍38
  • 3.2 模拟系统特性38-39
  • 3.3 主要模块及设置39-51
  • 3.3.1 设备模块40-48
  • 3.3.2 文件读取模块48
  • 3.3.3 控制模块48-51
  • 3.3.4 输出模块51
  • 3.4 基于TRNSYS软件的实验系统模型建立51-52
  • 3.5 本章小结52-53
  • 4 实验及模型验证53-68
  • 4.1 实验研究53-57
  • 4.1.1 实验工况53
  • 4.1.2 测量仪器和测点布置53-55
  • 4.1.3 实验策略55
  • 4.1.4 实验结果计算方法55-57
  • 4.2 模拟与实验结果对比分析57-66
  • 4.2.1 实验工况对应的系统模型57-58
  • 4.2.2 太阳能集热模型实验验证58-60
  • 4.2.3 土壤源热泵模型的实验验证60-63
  • 4.2.4 太阳能蓄热模型的实验验证63-66
  • 4.3 误差产生原因66-67
  • 4.4 本章小结67-68
  • 5 系统最佳太阳能保证率分析68-92
  • 5.1 研究对象68-70
  • 5.1.1 围护结构热工性能69-70
  • 5.1.2 负荷分析70
  • 5.2 太阳能保证率敏感性分析70-77
  • 5.2.1 正交试验设计71-73
  • 5.2.2 结果与分析73-77
  • 5.3 节能性分析77-78
  • 5.4 土壤热平衡分析78-80
  • 5.5 经济性分析80-83
  • 5.6 最佳太阳能保证率确定83-84
  • 5.7 不同太阳能资源分区最佳太阳能保证率分析84-85
  • 5.8 不同类型建筑最佳太阳能保证率分析85-87
  • 5.8.1 办公建筑85-86
  • 5.8.2 住宅建筑86-87
  • 5.9 不同节能率建筑最佳太阳能保证率分析87-90
  • 5.9.1 节能85%住宅建筑88-89
  • 5.9.2 节能90%住宅建筑89-90
  • 5.10 最佳太阳能保证率选取建议90-91
  • 5.11 本章小结91-92
  • 结论92-94
  • 参考文献94-99
  • 附录A1 L_(16)(2~(15))试验各因素及水平介绍99-100
  • 附录A2 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(太阳能保证率)100-101
  • 附录A3 L_(16)(2~(15))方差分析表(太阳能保证率)101-102
  • 附录A4 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(系统年运行能耗)102-103
  • 附录A5 L_(16)(2~(15))方差分析表(系统年运行能耗)103-104
  • 附录A6 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(土壤温度)104-105
  • 附录A7 L_(16)(2~(15))方差分析表(土壤温度)105-106
  • 附录A8 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(费用年值)106-107
  • 附录A9 L_(16)(2~(15))方差分析表(费用年值)107-108
  • 附录A10 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(年平均集热效率)108-109
  • 附录A11 L_(16)(2~(15))方差分析表(年平均集热效率)109-110
  • 附录B1 L_(32)(4~9)试验安排表(系统年运行能耗)110-111
  • 附录B2 L_(32)(4~9)试验极差和方差分析(系统年运行能耗)111-112
  • 附录B3 L_(25)(5~6)试验计划和TRNSYS计算结果(土壤温度)112-113
  • 附录B4 L_(32)(4~9)试验时系统年运行费用113-114
  • 附录B5 L_(32)(4~9)试验安排下系统初投资和维护费用114-115
  • 附录B6 L_(32)(4~9)试验安排下系统费用年值115-116
  • 附录B7 L_(32)(4~9)试验计划和TRNSYS计算结果(费用年值)116-117
  • 附录B8 L_(32)(4~9)试验方差分析表(费用年值)117-118
  • 附录B9 L_(25)(5~6)试验计划和TRNSYS计算结果(年平均集热效率)118-119
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况119
  • 攻读硕士学位期间参加科研项目119-120
  • 致谢120-121


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