寒冷地区太阳能土壤源热泵供热供冷及经济性分析

【摘要】：寒冷地区民用建筑建筑热负荷远高于建筑冷负荷，在没有城市热网到达的郊区普遍采用土壤源热泵为室内进行供暖供冷，由于从土壤的取热量远远大于向土壤的蓄热量，长期以往会造成土壤温度逐年降低，破坏了土壤的生态平衡，热泵运行性能也会逐年降低。本文研究的太阳能土壤源热泵（SGCHP）系统将过渡季及夏季的太阳能蓄存于土壤中，冬季供热的时候提取出来，取热有很大一部分来自于太阳能，解决了取热量与蓄热量失调的问题，避免了土壤温度逐年的降低，提高了热泵的运行性能。 SGCHP系统设计的主要思路是：为了充分利用太阳能资源，冬季太阳能资源丰富的时候，利用太阳能直接供热，太阳能供热不能满足要求的时候，开启热泵供热；为了充分利用自然资源，夏季首先利用土壤冷源直接供冷，当土壤冷源直接供冷不能满足要求的时候，开启热泵供冷；通过板式换热器将过渡季及夏季的太阳能贮存于土壤中，供冬季使用。首先依据该思路完成了对系统运行模式的设计，然后在北京选取了一栋目标建筑，对建筑负荷进行了动态模拟，根据模拟结果完成了SGCHP系统的初步设计。 文中主要运用TRNSYS瞬态模拟程序对建立的SGCHP系统进行仿真动态模拟，主要从以下几个方面研究系统运行特性：蓄热工况土壤蓄热量、土壤换热器进出口温度变化情况，供冷工况室内温度、土壤换热器进出口温度、热泵供冷性能变化情况，供热工况室内温度、土壤换热器进出口温度、热泵供热性能变化情况，及土壤的全年温变特性。最后运用费用年值法，对SGCHP系统进行了经济性分析，并与传统土壤源热泵系统进行比较，研究该系统在寒冷地区应用的可行性。 本文根据寒冷地区普通住宅建筑采用土壤源热泵供热供冷出现的实际问题，提出了将SGCHP系统应用到该地区的方案，并通过模拟计算，对该系统实际运行特性及经济性进行了研究，为SGCHP系统在该区域的推广起到了一定的借鉴作用。 【关键词】：太阳能土壤源热泵 寒冷地区 住宅建筑 季节性蓄热 运行特性分析 经济性分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-13
• 1.2.1 土壤源热泵研究现状10-11
• 1.2.2 太阳能土壤源热泵研究现状11-12
• 1.2.3 太阳能季节性蓄热研究现状12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-14
• 第2章 TRNSYS 软件及模块数学模型14-32
• 2.1 TRNSYS 软件介绍14
• 2.2 SGCHP 系统应用到的模块介绍14-16
• 2.3 主要模块的数学模型16-31
• 2.3.1 土壤换热器17-22
• 2.3.2 太阳能集热器22-24
• 2.3.3 热泵机组24-26
• 2.3.4 辐射地板26-28
• 2.3.5 风机盘管28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 SGCHP 系统设计及 TRNSYS 模型的建立32-43
• 3.1 对象建筑32
• 3.2 建筑负荷的模拟计算32-34
• 3.3 SGCHP 系统设计34-37
• 3.3.1 系统运行模式35-36
• 3.3.2 系统控制策略36-37
• 3.4 SGCHP 系统 TRNSYS 模型37-42
• 3.4.1 模块之间的连接37
• 3.4.2 控制部件的设置37-38
• 3.4.3 模块参数的设置38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 SGCHP 系统动态特性分析43-56
• 4.1 模拟计算流程及研究思路43
• 4.2 蓄热动态特性分析43-47
• 4.2.1 蓄热量43-45
• 4.2.2 土壤换热器进出口温度45-47
• 4.3 供冷动态特性分析47-50
• 4.3.1 室内外气温47
• 4.3.2 土壤换热器 VUGHE1 进出口温度47-49
• 4.3.3 热泵供冷性能49-50
• 4.4 供热动态特性分析50-52
• 4.4.1 室内外气温50
• 4.4.2 土壤换热器进出口温度50-51
• 4.4.3 热泵供热性能51-52
• 4.5 土壤温变特性分析52-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第5章 SGCHP 系统在寒冷地区应用的经济性分析56-62
• 5.1 SGCHP 系统运行费用及初投资56-58
• 5.2 GSHP 系统模型建立及土壤温变分析58-59
• 5.3 GSHP 系统的运行费用及初投资59-60
• 5.4 费用年值计算方法60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 致谢68

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