太阳能跨季节贮热—地源热泵热水系统在住宅中的应用研究

【摘要】：全球能源危机导致新能源的开发和可再生能源的利用成为热点，太阳能作为一种可再生清洁能源也因此受到关注，“太阳能与建筑一体化”已成为建筑节能技术领域的重要议题。本文针对太阳能跨季节贮热-地源热泵热水供应系统在住宅中的应用进行研究。该系统在太阳能与建筑一体化的基础上，增加了太阳能利用的深度和广度，克服了太阳能密度低和由于天气、季节变化引起的不稳定性等缺点，提高系统的太阳能利用率。 与传统太阳能热水系统相比，太阳能跨季节贮热结合地源热泵供热水系统的核心部分包括太阳能集热系统、热泵系统和跨季节贮热系统。太阳能集热系统与建筑结合方式分为集中集热-集中贮热、集中集热-分户贮热和分户集热-分户贮热三类。经比较，集中集热-集中贮热的方式与跨季节贮热和热泵系统结合最为便捷，并且结构简单、成本低廉、便于管理，应成为该系统的太阳能集热部分与建筑结合方式的首选。跨季节贮热系统分为热水贮热、砾石/水贮热、地埋管贮热和天然地下水层贮热，其中埋地管贮热因成本低廉、对环境要求低、不占用工程用地等优点，成为本文的主要研究对象。为了与埋地管跨季节贮热系统相匹配，热泵系统选用地源热泵。 本文针对该系统在住宅中的应用进行了研究。结合陕西省气候条件，为西安市某小区住宅楼设计了一套太阳能跨季节贮热-地源热泵的热水系统设计方案，将天气晴朗时富余的太阳能贮存于地下，当阴雨天气或冬季太阳能不足时，将热量通过地源热泵提取出来供用户使用。本系统埋地管循环系统同时责向土壤输送热量以及从土壤提取热量，通过控制系统在两种状态间切换。本文对平板集热器、U型管式真空管集热器和热管式真空管集热器进行比较，结果表明在本项目中，平板集热器的占地面积和热管式真空管相差不多，U型管式真空管集热器占地面积比前两种集热器大得多，其中平板集热器成本最低。根据初步设计计算，该系统年节能量为127454.144MJ，简单年节能费用为17843.58元，系统寿命内二氧化碳减排量为50122.82kg，比天然气辅热节约费用30.43%，比电热辅热节约费用77.94%。 【关键词】：太阳能热水系统 太阳能跨季节贮热 热泵
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU822
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符号清单9-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 课题研究背景12-15
• 1.1.1 能源危机与可再生能源12
• 1.1.2 建筑能耗与建筑节能12-13
• 1.1.3 我国太阳能资源分布情况13-14
• 1.1.4 我国太阳能热水应用发展及相关政策14-15
• 1.2 太阳能跨季节贮热与地源热泵组合系统的提出15-17
• 1.3 国内外研究进展17-22
• 1.3.1 地源热泵系统研究进展17-18
• 1.3.2 太阳能跨季节贮热-地源热泵系统研究研究进展18-22
• 1.4 本文主要内容22-23
• 第二章 太阳能热水系统23-33
• 2.1 太阳能热水系统的工作原理及其组成23-27
• 2.1.1 集热器23-26
• 2.1.2 贮热水箱26
• 2.1.3 辅助热源26
• 2.1.4 控制系统26
• 2.1.5 管材管件26-27
• 2.2 太阳能热水器系统与建筑结合27-30
• 2.2.1 太阳能热水器系统分类27-28
• 2.2.2 太阳能热水系统与建筑结合的基本类型28-30
• 2.3 国内太阳能热水系统与建筑结合实际探索30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 跨季节贮热系统与热泵系统33-40
• 3.1 热泵系统33-35
• 3.1.1 热泵系统分类33-34
• 3.1.2 热泵作为辅助热源的节能环保性34-35
• 3.2 跨季节贮热系统35-39
• 3.3 热泵与贮热系统的结合39-40
• 第四章 太阳能跨季节贮热-热泵热水系统40-48
• 4.1 系统构架40
• 4.2 系统设计计算40-48
• 4.2.1 系统热耗热量、热水量计算40-41
• 4.2.2 设计小时耗热量计算41
• 4.2.3 热水循环流量、设计秒流量计算41-42
• 4.2.4 太阳能集热系统设计42-45
• 4.2.5 埋地换热器45-46
• 4.2.6 设备选型46-48
• 第五章 实际工程系统设计48-57
• 5.1 工程系统简介48-49
• 5.2 设计参数49-50
• 5.2.1 气象参数49-50
• 5.2.2 热水设计参数50
• 5.2.3 常规能源费用50
• 5.2.4 太阳能集热器50
• 5.3 热水系统计算50-55
• 5.3.1 用水人数50-51
• 5.3.2 系统耗热量、热水量计算51
• 5.3.3 设计小时耗热量51
• 5.3.4 热水循环流量、设计秒流量计算51
• 5.3.5 太阳能集热系统设计51-53
• 5.3.6 埋地换热管53-54
• 5.3.7 设备选型54-55
• 5.4 节能环保效益分析55-57
• 5.4.1 太阳能系统的年节能预评估55
• 5.4.2 简单年节能费用55
• 5.4.3 环保效益评估55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 致谢62

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