基于全寿命周期的太阳能—地源热泵空调系统能耗分析与评价

【摘要】：针对北方寒冷地区冬季和夏季冷热需求不平衡的现象，本文以天津市一套太阳能-地源热泵联合供暖空调系统为研究对象，并与两套对比方案系统相比较，开展了空调系统全寿命周期能耗评价研究。 本文详细介绍了太阳能-地源热泵空调系统的组成设备和监测仪器，根据该系统一年半期间的实际运行数据，从集热效率、储热率、取热率、地温变化等方面，对太阳能跨季节储热系统的特性进行了评价，又分别对地源热泵（GSHP）系统和太阳能辅助地源热泵（SAGSHP）系统的制冷/供暖性能系数（COP）及各设备的能耗进行了分析。根据实际采暖季的供热量数据计算出建筑的耗热量指标为22.97W/m2，并分析了耗热量指标偏高的原因主要是室内温度过高和不注意行为节能而造成的。但从系统的耗能（只有电耗）折算到发电煤耗来计算，其耗煤量指标为6.28kg/m2，具有显著节能优势。 根据全寿命周期评价理论，采用实际调研、资料查阅等方法，得出了空调系统的物化能耗清单，系统设备生产、建设等过程中对一次能源（煤、油和天然气）的消耗量清单。 用TRNSYS模拟软件创建了太阳能-地源热泵空调系统及两套对比系统（冷水机组-燃气锅炉系统、地源热泵-电辅助加热系统）的仿真模型，在完成模型的验证后，预测了三种系统的寿命期内（30年）耗能总量。 最后，基于全寿命周期能耗评价理论，对太阳能-地源热泵空调系统及两个对比方案的全寿命周期能耗和资源耗竭系数进行了对比评价，结果发现：太阳能-地源热泵空调系统比冷水机组-燃气锅炉系统和地源热泵-电辅助加热系统在全寿命周期内能耗分别低14.35%和15.40%，物化能占整个寿命周期能耗的比例分别为：14.4%、10.7%和10.9%；三种系统的全寿命周期资源耗竭系数比值为1：2.69：1.12。从全寿命周期能耗的角度对实际太阳能-地源热泵系统给予了合理评价，证明了该空调系统的节能性，为太阳能-地源热泵组合空调系统的推广应用提供了评价依据。 【关键词】：空调系统 全寿命周期评价 太阳能 地源热泵 物化能 TRNSYS
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU831;TU111.195
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 太阳能-地源热泵系统的研究现状10-15
• 1.2.1 国外研究现状10-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 空调能耗系统存在的问题15
• 1.4 课题研究内容及目的15-17
• 第二章 太阳能-地源热泵系统性能测试分析17-41
• 2.1 建筑工程概况17
• 2.2 空调系统概况17-21
• 2.2.1 GSHP 系统介绍19
• 2.2.2 SAGSHP 系统介绍19-21
• 2.3 实验测试内容简介21-22
• 2.3.1 气象参数采集21
• 2.3.2 热量统计21-22
• 2.3.3 电表分项计量22
• 2.3.4 换热井温湿度场监测22
• 2.4 测试结果分析22-40
• 2.4.1 全年温度变化统计22-23
• 2.4.2 全年太阳辐射量变化统计23-24
• 2.4.3 集热效率测试结果及分析24-26
• 2.4.4 储热率测试结果及分析26-28
• 2.4.5 土壤温度变化分析28-30
• 2.4.6 GSHP 系统制冷性能分析30-33
• 2.4.7 GSHP 系统供暖性能分析33-36
• 2.4.8 SAGSHP 系统性能分析36-38
• 2.4.9 建筑耗热量指标和耗煤量指标38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 全寿命周期评价方法41-49
• 3.1 全寿命周期评价的定义及理论框架41-42
• 3.1.1 SETAC 理论体系41
• 3.1.2 ISO14000 定义框架41-42
• 3.2 全寿命周期能耗评价的步骤42-47
• 3.2.1 目标与范围的确定42-43
• 3.2.2 清单分析43-45
• 3.2.3 影响评价45-46
• 3.2.4 全寿命周期解释46-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第四章 空调系统的物化能分析49-65
• 4.1 研究对象与功能单位49-50
• 4.1.1 研究对象49-50
• 4.1.2 功能单位50
• 4.2 研究目的与研究范围50-56
• 4.2.1 定义系统边界50-51
• 4.2.2 研究范围51-55
• 4.2.3 数据来源与数据质量55
• 4.2.4 假定条件55-56
• 4.3 系统物化能的清单分析56-62
• 4.3.1 风管和水管的用量统计56-57
• 4.3.2 设备生产制造能耗统计57-62
• 4.4 系统物化能的标煤总量62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 空调系统运行能耗预测65-87
• 5.1 TRNSYS 模拟软件介绍65-66
• 5.2 空调系统建筑模型66-67
• 5.3 空调系统仿真模型67-77
• 5.3.1 太阳能-地源热泵系统仿真模型68-72
• 5.3.2 冷水机组-燃气锅炉系统仿真模型72-76
• 5.3.3 地源热泵-电辅助加热系统仿真模型76-77
• 5.4 空调模拟运行结果与分析77-85
• 5.4.1 短期结果验证77-82
• 5.4.2 长期运行预测82-85
• 5.5 本章小结85-87
• 第六章 空调系统全寿命周期能耗对比87-91
• 6.1 全寿命周期标煤统计87
• 6.2 资源耗竭系数计算87-91
• 第七章 结论展望91-93
• 7.1 本文主要结论91-92
• 7.2 下一步课题展望92-93
• 参考文献93-99
• 致谢99

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