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太阳能—土壤源热泵系统优化

作　者: 叶琪
导　师: 郑茂余
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 太阳能-土壤源热泵数学模型模型验证优化供热性能系数
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文研究太阳能-土壤源热泵系统的优化,该系统主要由四部分组成:太阳能集热系统、热泵机组、U型管土壤换热系统、地板辐射供暖供冷系统。本文最主要的工作是建立整个系统的数学模型。为了验证模型的正确性,将供暖中期具有代表性的一天的实验数据与模拟结果作对比,可知该数学模型是合理的,误差较小。然后对系统进行优化,即在满足室内温度都高于18℃和土壤温度场热平衡的条件下,找到系统成本最低的方案。系统的主要优化参数为:太阳能集热器面积、热泵功率、运行时间以及各子系统流量。由模拟结果可知,当集热器面积为45m2,热泵功率为5匹的时候,系统成本最低。供暖初期、末期平均供热性能系数很高,3月份能达到12.9;供暖中期的平均供热性能系数较初期、末期降低,在3.1~3.6之间。系统总平均供热性能系数为3.72。另外,本文还做了以下工作:研究了系统各设备的开启条件;提出了新的土壤取热模型;分析了热泵功率、太阳能集热器面积、流量等对于系统模拟结果的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 课题意义  11
  1.3 国内外在该方向的研究现状  11-13
    1.3.1 国外在该方向的研究现状  11-12
    1.3.2 国内在该方向的研究现状  12-13
    1.3.3 太阳能-土壤源热泵系统有待解决的课题  13
  1.4 本论文主要研究内容  13-15
第2章太阳能、土壤的基本理论及实验系统介绍  15-32
  2.1 太阳能特点及我国太阳能分布  15-17
  2.2 太阳辐射  17-22
    2.2.1 太阳辐射有关角度的计算  17-21
    2.2.2 太阳能集热器平面上太阳辐射强度计算  21-22
  2.3 土壤有关参数和土壤温度变化规律  22-27
    2.3.1 土壤热源的特点  23
    2.3.2 土壤的热物性  23-25
    2.3.3 土壤温度的变化规律  25-27
  2.4 太阳能-土壤源热泵实验系统  27-30
    2.4.1 实验系统的原理  27
    2.4.2 实验系统的组成  27-30
  2.5 测试仪表的选择及测点布置  30-31
    2.5.1 测试仪表的选择  31
    2.5.2 测点布置  31
  2.6 本章小结  31-32
第3章太阳能-土壤源热泵系统数理模型  32-54
  3.1 物理模型  32-33
  3.2 数学模型  33-51
    3.2.1 建筑物室温计算模型  33-40
    3.2.2 集热器模型  40-42
    3.2.3 热泵模型  42
    3.2.4 地板辐射供暖模型  42
    3.2.5 土壤蓄热、取热模型  42-44
    3.2.6 土壤换热器换热模型  44-50
    3.2.7 太阳能热水直接供暖模型（模式1）  50
    3.2.8 土壤源热泵供暖模型（模式2）  50-51
  3.3 模式转换条件  51-52
    3.3.1 集热器启动控制方案  51-52
    3.3.2 热泵开、关条件  52
  3.4 本章小结  52-54
第4章数理模型验证  54-62
  4.1 系统模拟流程  54-55
  4.2 模型验证  55-60
    4.2.1 系统模拟初始条件  55-56
    4.2.2 模拟结果和实验结果的对比  56-59
    4.2.3 误差分析  59-60
  4.3 本章小结  60-62
第5章太阳能-土壤源热泵系统优化  62-68
  5.1 参数变化对于系统模拟结果的影响  62-65
    5.1.1 集热器  62-63
    5.1.2 热泵  63
    5.1.3 太阳能集热系统流量  63-64
    5.1.4 地板辐射供暖系统流量  64
    5.1.5 土壤换热系统流量  64-65
  5.2 系统优化  65-67
    5.2.1 系统设备和运行参数的优化结果  65
    5.2.2 上述系统模拟结果  65-67
  5.3 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
致谢  75

太阳能—土壤源热泵系统优化

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