太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究

发布时间：2020-02-15 05:37

【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。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU831

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