典型气候条件下太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统性能研究

发布时间：2020-05-16 01:00

【摘要】：能源和环境问题是我国社会发展过程中面临的主要问题之一,而随着社会的发展和进步,我国的供热需求日益增大,使用太阳能和地热能等清洁能源供热可以有效缓解我国的能源短缺和环境污染问题。本文提出了一种大规模应用的太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统,并对该系统在典型气候下的运行情况建立了模型,将模型与前人的实测结果进行了对比验证,确保了模拟分析的合理性。在此基础上分析该系统在上海地区气候条件下的运行情况并优化系统设计。最后对比研究了该系统在我国夏热冬冷、寒冷和严寒地区的能效与适用性。首先提出太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统的结构和运行模式,该系统主要由太阳能集热子系统、地埋管蓄热子系统、集中供热子系统和建筑负荷四部分组成,根据供热需求和气候特点确定系统的运行模式,包括蓄热模式和多种供热模式。然后,基于TRNSYS软件建立太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统的模型,并根据太阳能和地源热泵相关的规范和标准选取合理的参数。然后分别选取实际系统的运行结果与模拟的太阳能季节性蓄热供热系统的运行结果进行对比验证,对比发现模型的运行结果与实测系统的结果基本吻合,因此认为该TRNSYS模型是合理的。然后对该系统在上海地区的运行特性进行了分析。分析结果表明,蓄热季的起始时间为4月份时,蓄热土壤温度升高28.9℃,系统全年蓄热量为3136.8 GJ,蓄热土壤的平均蓄热率为79.4%,系统的太阳能保证率为35%,全年能效比为6.07。在此基础上改变蓄热季的起始时间,得到4月份为蓄热季的最佳起始月份。然后通过优化集热器面积和蓄热体体积提高系统的太阳能保证率,分别得到优化后的集热器面积与全年热负荷比值为3.0 m~2/MWh,蓄热体体积与集热器面积的比率为6.5 m~3/m~2。最后分析比较了在相同的供暖面积下太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统在典型气候条件下的运行情况。分别选取沈阳、北京和上海作为严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷地区的代表性城市,对该系统在在这三个城市的运行情况进行模拟。分析结果显示三个城市的年平均集热器效率由高到低分别为上海、北京和沈阳;蓄热体温度分别升高34.6℃、33.0℃、34.5℃,三个城市的蓄热量分别为2723.2 GJ、2764.1 GJ、3325.0 GJ,平均蓄热率分别为75.15%、75.30%、77.34%,蓄热体土壤的初始温度越低,土壤蓄热率越高,蓄热效果越好;上海地区、北京地区和沈阳地区的太阳能保证率分别为45%、26.7%和15.7%,全年能效比分别为6.7、6.0和5.4,说明太阳能-地源热泵季节性蓄热供热系统的方案在寒冷地区和严寒地区也同样适用且具有良好的节能效果。对该系统在严寒地区和寒冷地区分别进行优化,严寒地区优化后的集热器面积与全年热负荷比值为4.0 m~2/MWh,蓄热体体积与集热器面积的比率为4.0 m~3/m~2,太阳能保证率为21.2%。寒冷地区优化后的集热器面积与全年热负荷比值为4.0 m~2/MWh,蓄热体体积与集热器面积的比率为4.0 m~3/m~2,太阳能保证率为35.8%。
【图文】：

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图 1-1 埋管蓄热方式Fig.1-1 Borehole thermal energy storage热供热系统的研究进展开始太阳能季节性蓄热的研究，到目前为止系统在欧洲已经得到了广泛的应用，，在荷兰热的示范项目，到 2011 年底为止，瑞典约有e[14]建立了太阳能季节性蓄热供热系统的数学带蓄热的太阳能供热系统的运行状况。年，Lund[15-19]通过大量工作研究了太阳能季计方法，还通过建立系统模型研究系统的运[20]将希腊地区太阳能季节性蓄热系统的设计

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图 2-8 TRNSYS 系统模型示意图Fig.2-8 Schematic diagram of TRNSYS model了确保模拟结果的合理性和可靠性，需要对模拟结果进行验证。本文中用加拿大 DLSC 太阳能社区的运行结果和杭州科技信息楼的运行结果与阳能季节性蓄热供热部分和地源热泵供热部分的模拟结果进行对比分析提供准确性和合理性的验证。LSC 太阳能社区运行结果对比验证于加拿大阿尔伯塔省奥克托克斯镇的德雷克太阳能社区（DLSC）是利用土壤进行季节性蓄热供热的典型代表，该社区可实现建筑物供热的 90能部分，对于化石燃料的依赖性极小。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU83

【参考文献】