学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究

作　者: 杨剑峰
导　师: 张少凡
学　校: 南京理工大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 太阳能-土壤源热泵联合运行模式集热面积优化钻孔深度优化
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 158次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

为了解决寒冷地区传统土壤源热泵在长期运行后机组性能下降的问题,人们提出了太阳能-土壤源热泵系统(SGCHP),该系统中太阳能和地热能可以共同作为系统的低位热源联合供暖。本文主要讨论了该系统在供暖工况下的联合运行模式。为了研究寒冷地区太阳能-土壤源热泵系统供暖季联合运行的详细运行特性,本文首先建立了系统几个重要组成部件的数学模型,探讨了各联合运行模式的模拟计算方法,并选取了西安地区一个普通居民建筑物作为研究对象进行算例分析。基于DeST能耗分析软件计算了该建筑物的全年逐时冷、热负荷以及气象参数,并根据水平面和倾斜面上的太阳辐射转换理论计算得到供暖季太阳能集热器最佳倾角(66°)以及该倾角下集热器接收到的全年逐时辐射强度数据。基于Matlab科学计算软件编程模拟计算了3个联合运行模式(串联模式、并联模式和蓄热模式)在供暖季的运行特性。根据计算结果,得出结论：串联模式在本文系统中能发挥最佳运行效果和最高节能性,其整个供暖季的平均热泵机组COP为3.49,节能率可达9.8%。并联模式下e值(地埋管侧流量比)取得越高,系统的节能性越好；e值取0.75时其整个供暖季的平均热泵机组COP和节能率与串联模式非常接近；当e值超过0.75时,系统的节能性改善不明显。蓄热模式是一种特殊的联合运行模式,经研究发现该运行模式较适合于夜间热负荷较大,而白天热负荷较小的特殊建筑物或场合。此外,通过对串联模式中太阳能集热面积和地埋管钻孔总深度两个参数进行优化后发现：从整个供暖季看来,地埋管钻孔总深度对于热泵机组平均COP值的影响要大于太阳能集热面积的影响,在进行联合运行模式下的太阳能-土壤源热泵系统设计时,应考虑地埋管承担主要负荷。并且通过对针对本文所研究建筑物的5个典型太阳能集热面积与不同地埋管钻孔总深度的组合下的系统在串联模式下的运行特性计算后发现,对于不同的太阳能集热面积,都有一个相对应的最优地埋管钻孔总深度,本文所设计的系统中最优地埋管钻孔总深度是88×37m。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
主要符号表  8-11
1 绪论  11-18
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 研究目的和意义  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-16
    1.3.1 国外研究现状  14-15
    1.3.2 国内研究现状  15-16
  1.4 有待解决的问题  16
  1.5 本文主要研究内容  16-18
2 太阳能-土壤源热泵系统的原理和联合运行模式  18-29
  2.1 太阳能-土壤源热泵系统结构和联合运行原理  18-19
  2.2 太阳能-土壤源热泵系统联合运行模式  19-20
  2.3 系统各部件的耦合及各联合运行模式算法  20-28
    2.3.1 系统各部件的模块化处理  20-22
    2.3.2 系统模拟计算方法设计  22-28
  2.4 本章小结  28-29
3 太阳能-土壤源热泵系统主要部件的数学模型  29-62
  3.1 垂直U型地埋管换热器的数学模型  29-43
    3.1.1 浅层土壤热源主要热特性参数  29-33
    3.1.2 垂直U型地埋管的传热机理和数学模型  33-38
    3.1.3 变热流量工况下垂直U型地埋管传热计算模型  38-39
    3.1.4 垂直U型地埋管换热器进、出口温度的确定  39-40
    3.1.5 常热流与变热流两种工况的温度响应比较  40-41
    3.1.6 圆柱型热源模型的验证  41-43
  3.2 太阳辐射和太阳能集热系统的数学模型  43-56
    3.2.1 集热器相关太阳辐射模型  43-44
    3.2.2 倾斜面上逐时太阳辐射强度的计算  44-46
    3.2.3 西安地区太阳能集热器倾角优化设计和辐射强度计算  46-50
    3.2.4 太阳能集热系统的数学模型  50-55
    3.2.5 太阳能集热系统的控制  55-56
  3.3 热泵机组的数学模型  56-60
    3.3.1 热泵机组及其模型概述  56-57
    3.3.2 热泵机组方程拟合模型  57-60
  3.4 本章小结  60-62
4 太阳能-土壤源热泵系统的设计  62-85
  4.1 建筑物全年逐时负荷计算  62-67
    4.1.1 DeST建模和设置  63-65
    4.1.2 模拟结果  65-67
  4.2 热泵机组设计选型  67-68
  4.3 垂直U型地埋管换热器的设计  68-79
    4.3.1 钻孔长度计算  69-72
    4.3.2 地埋管系统相关参数的确定  72-74
    4.3.3 设计计算结果及优化  74-79
  4.4 太阳能集热面积的确定  79-80
  4.5 蓄热水箱的容积确定  80-84
  4.6 本章小结  84-85
5 太阳能-土壤源热泵系统联合运行模拟  85-102
  5.1 太阳能-土壤源热泵系统联合运行的动态模拟  85-86
  5.2 模拟结果及分析  86-98
    5.2.1 供暖季运行一个月的系统特性分析  86-90
    5.2.2 供暖季典型日下模拟结果详细分析  90-95
    5.2.3 联合运行模式在整个供暖季的运行特性分析  95-98
  5.3 联合运行模式下太阳能集热面积和地埋管钻孔总深度的优化  98-101
    5.3.1 优化方法  98-99
    5.3.2 优化结果及分析  99-101
  5.4 本章小结  101-102
6 结论和展望  102-104
  6.1 结论  102-103
  6.2 展望  103-104
致谢  104-105
参考文献  105-110
附录  110

太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究

内容摘要

全文目录

相似论文