太阳能—土壤源热泵复合系统运行特性研究

【摘要】：本文分析了土壤源热泵与太阳能热泵各自的优缺点,从如何才能更有效地利用太阳能与土壤热能的角度出发,提出了太阳能—土壤源热泵复合系统的运行模式,并对此开展了理论和实验研究。主要研究内容包括： (1)分析了太阳能热源与土壤热源的特点,并对太阳能—土壤源热泵复合系统的结构与工作原理、运行模式与流程、系统的功能以及应用开发中有待解决的关键问题进行了详细说明。 (2)对于复合系统中的两个热源采掘装置,即太阳能集热器、地埋管换热器,作了详细的说明介绍,二者的换热特性对于系统的性能有着至关重要的影响；并对系统中主要部件建立了相关的理论模型,为系统的模拟做好准备。 (3)运用MATLAB软件,结合复合系统各部件理论模型,针对扬州地区,对土壤源热泵单独运行以及太阳能—土壤源热泵复合系统串联运行模式进行模拟,分析比较各自的运行特性。 (4)太阳能—土壤源热泵复合系统的运行模式及其特性是系统研究的主要内容,双热源的热量承担比例以及运行时间如何分配是影响复合系统运行特性的关键因素。本文利用太阳能与地热能综合利用实验平台对复合系统进行了相关的实验测试。实验内容主要有土壤源热泵单独运行、太阳能—土壤源热泵串联运行以及太阳能——U型埋管强制补热模式。实验结果表明：串联运行的两种模式各有其独特之处,模式一系统的运行效率高于模式二,而模式二对于末端负荷波动的调节具有更大的灵活性；采用太阳能——U型埋管强制补热可以有效恢复土壤的温度,而补热恢复时间的选取以及水箱蓄热量是影响系统运行的主要决定因素；实验期间测得土壤源热泵、串联运行模式一与模式二以及太阳能——U型埋管强制补热系统平均COP分别为1.85、2.3、2.09、1.98,这可为扬州及周边地区太阳能—土壤源热泵复合系统的设计与应用提供理论参考。 【关键词】：太阳能—土壤源热泵复合系统 太阳能集热器 地埋管换热器 模拟 实验
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU83
【目录】：

• 符号表5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题背景10-13
• 1.1.1 能源与环境问题10-11
• 1.1.2 热泵技术及其对节能环保的意义11
• 1.1.3 太阳能—土壤源热泵复合系统11-13
• 1.2 课题的国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 课题研究的主要内容15-17
• 第二章 太阳能—土壤源热泵复合系统17-23
• 2.1 太阳能—土壤源热泵复合系统的工作原理17-18
• 2.2 太阳能—土壤源热泵复合系统的运行模式与功能18-20
• 2.2.1 运行模式18-20
• 2.2.2 系统的功能20
• 2.3 太阳能—土壤源热泵复合系统应用的技术优点20-21
• 2.4 太阳能—土壤源热泵复合系统应用的关键技术21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 太阳能—土壤源热泵复合系统部件模型理论23-36
• 3.1 太阳能集热器23-28
• 3.1.1 太阳辐射23-24
• 3.1.2 太阳能集热器的结构与形式24-26
• 3.1.3 平板型太阳能集热器传热理论26-28
• 3.2 地埋管换热器28-34
• 3.2.1 土壤热物性28-31
• 3.2.2 地埋管的形式及其优缺点31-32
• 3.2.3 地埋管传热模型32-34
• 3.3 蓄热水箱的选择34-35
• 3.4 水源热泵机组模型35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 太阳能—土壤源热泵复合系统运行特性的模拟研究36-41
• 4.1 模拟程序介绍36-38
• 4.2 模拟结果及分析38-40
• 4.3 本章小结40-41
• 第五章 太阳能—土壤源热泵复合系统运行特性的实验研究41-70
• 5.1 实验目的与内容41
• 5.2 实验台简介41-50
• 5.2.1 实验系统及功能41-47
• 5.2.2 实验系统运行工况流程47-50
• 5.3 实验参数的测量50-52
• 5.3.1 温度的测量50-52
• 5.3.2 流量的测量52
• 5.4 实验数据的处理与误差分析52-55
• 5.4.1 实验数据的处理52-54
• 5.4.2 实验误差分析54-55
• 5.5 实验结果与分析55-68
• 5.5.1 土壤源热泵单独运行55-57
• 5.5.2 太阳能—土壤源热泵复合系统串联运行57-64
• 5.5.3 太阳能—U型埋管强制补热64-66
• 5.5.4 各运行模式的比较66-68
• 5.6 本章小结68-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 主要研究结论70-71
• 6.1.1 模拟研究70
• 6.1.2 实验研究70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文76-77

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