太阳能—土壤源热泵系统太阳能保证率的研究

【摘要】：社会经济飞速发展,能源却逐渐衰竭。为促进经济可持续发展,推进节能减排政策,提倡开发新能源和可再生能源等方针势在必行。由于利用了太阳能和浅层地热能这两种储量丰富且易于收集的清洁可再生能源,太阳能-土壤源(Solar Assisted Ground-source,简称SAGS)热泵系统在节能环保方面具有其它供冷热系统无法比拟的优势。太阳能保证率体现了系统太阳能热利用程度,是太阳能-土壤源热泵系统重要的设计参数。受地理、气候、负荷特性等因素影响,太阳能保证率最佳值涉及问题复杂,研究难度大,目前国内外对该问题的研究相对不足。鉴于此,本研究采用实验研究和模拟分析相结合的方法,从不同角度分析了系统太阳能保证率选取问题,并综合给出最佳太阳能保证率选取的相关建议。 首先,本文以大连理工大学土壤源热泵系统为基础,设计并建立了太阳能-土壤源热泵实验系统,该系统具有夏季供冷、冬季供热、过渡季蓄热三种运行模式,用以满足此类系统实验研究。 其次,本文以TRNSYS软件为平台,建立了对应于实验系统的数学仿真模型,用以进一步的系统分析。利用建成后的系统进行了三组实验研究,确保基于TRNSYS软件所建数学模型的正确性。分析结果表明,本研究所建数学模型较为准确,可满足更深入、更全面的系统研究。 最后,利用经过验证的数学模型分析系统太阳能保证率问题。以大连地区办公建筑为例,结合《公共建筑节能(65%)设计标准》(辽宁省地方标准)DB21/T1899-2011,本文具体分析了系统最佳太阳能保证率选取方法。利用DeST软件分析建筑全年逐时负荷,并用TRNSYS软件深入分析系统性能。选用集热器面积、水箱容积、跨季节蓄热启动温度、地埋管深度、地埋管数量5个因素,运用正交试验原理,分析系统太阳能保证率敏感性,并从运行能耗、土壤温度平衡、系统经济性等角度给出相关建议。结合对不同地区、不同类型建筑、不同节能率建筑的分析,综合给出关于太阳能保证率选取方面的合理建议。研究结果表明,集热器面积是系统供暖季太阳能保证率的高度显著性影响因素,设计集热器面积应最大程度地满足系统经济性高、土壤温度基本实现平衡、运行能耗低,此时的太阳能保证率为系统最佳太阳能保证率,且其与所在地太阳能资源状况以及建筑体形系数、负荷特性、节能率等因素相关。 【关键词】：太阳能 土壤源热泵 保证率 敏感性分析 TRNSYS
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景和意义11-14
• 1.1.1 课题研究背景11-12
• 1.1.2 研究目的和意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 太阳能-土壤源热泵系统的研究现状14-16
• 1.2.2 TRNSYS在太阳能-土壤源热泵系统研究中的应用现状16-17
• 1.3 本文的主要工作17-19
• 1.3.1 存在的问题17
• 1.3.2 本文主要研究内容17-19
• 2 太阳能-土壤源热泵实验系统建设19-38
• 2.1 系统原理设计19-23
• 2.1.1 夏季供冷20
• 2.1.2 冬季供热20-22
• 2.1.3 过渡季土壤蓄热22-23
• 2.2 系统主要部件设计23-35
• 2.2.1 太阳能集热系统23-30
• 2.2.2 土壤换热系统30-31
• 2.2.3 热泵机组31
• 2.2.4 循环泵31-33
• 2.2.5 自动控制系统33-35
• 2.2.6 其它部件35
• 2.3 数据采集仪农选型35-37
• 2.3.1 流量计35-36
• 2.3.2 热电阻36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 太阳能-土壤源热泵供热系统数学模型建立38-53
• 3.1 TRNSYS软件介绍38
• 3.2 模拟系统特性38-39
• 3.3 主要模块及设置39-51
• 3.3.1 设备模块40-48
• 3.3.2 文件读取模块48
• 3.3.3 控制模块48-51
• 3.3.4 输出模块51
• 3.4 基于TRNSYS软件的实验系统模型建立51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 实验及模型验证53-68
• 4.1 实验研究53-57
• 4.1.1 实验工况53
• 4.1.2 测量仪器和测点布置53-55
• 4.1.3 实验策略55
• 4.1.4 实验结果计算方法55-57
• 4.2 模拟与实验结果对比分析57-66
• 4.2.1 实验工况对应的系统模型57-58
• 4.2.2 太阳能集热模型实验验证58-60
• 4.2.3 土壤源热泵模型的实验验证60-63
• 4.2.4 太阳能蓄热模型的实验验证63-66
• 4.3 误差产生原因66-67
• 4.4 本章小结67-68
• 5 系统最佳太阳能保证率分析68-92
• 5.1 研究对象68-70
• 5.1.1 围护结构热工性能69-70
• 5.1.2 负荷分析70
• 5.2 太阳能保证率敏感性分析70-77
• 5.2.1 正交试验设计71-73
• 5.2.2 结果与分析73-77
• 5.3 节能性分析77-78
• 5.4 土壤热平衡分析78-80
• 5.5 经济性分析80-83
• 5.6 最佳太阳能保证率确定83-84
• 5.7 不同太阳能资源分区最佳太阳能保证率分析84-85
• 5.8 不同类型建筑最佳太阳能保证率分析85-87
• 5.8.1 办公建筑85-86
• 5.8.2 住宅建筑86-87
• 5.9 不同节能率建筑最佳太阳能保证率分析87-90
• 5.9.1 节能85%住宅建筑88-89
• 5.9.2 节能90%住宅建筑89-90
• 5.10 最佳太阳能保证率选取建议90-91
• 5.11 本章小结91-92
• 结论92-94
• 参考文献94-99
• 附录A1 L_(16)(2~(15))试验各因素及水平介绍99-100
• 附录A2 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(太阳能保证率)100-101
• 附录A3 L_(16)(2~(15))方差分析表(太阳能保证率)101-102
• 附录A4 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(系统年运行能耗)102-103
• 附录A5 L_(16)(2~(15))方差分析表(系统年运行能耗)103-104
• 附录A6 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(土壤温度)104-105
• 附录A7 L_(16)(2~(15))方差分析表(土壤温度)105-106
• 附录A8 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(费用年值)106-107
• 附录A9 L_(16)(2~(15))方差分析表(费用年值)107-108
• 附录A10 L_(16)(2~(15))试验计划和目标值(年平均集热效率)108-109
• 附录A11 L_(16)(2~(15))方差分析表(年平均集热效率)109-110
• 附录B1 L_(32)(4~9)试验安排表(系统年运行能耗)110-111
• 附录B2 L_(32)(4~9)试验极差和方差分析(系统年运行能耗)111-112
• 附录B3 L_(25)(5~6)试验计划和TRNSYS计算结果(土壤温度)112-113
• 附录B4 L_(32)(4~9)试验时系统年运行费用113-114
• 附录B5 L_(32)(4~9)试验安排下系统初投资和维护费用114-115
• 附录B6 L_(32)(4~9)试验安排下系统费用年值115-116
• 附录B7 L_(32)(4~9)试验计划和TRNSYS计算结果(费用年值)116-117
• 附录B8 L_(32)(4~9)试验方差分析表(费用年值)117-118
• 附录B9 L_(25)(5~6)试验计划和TRNSYS计算结果(年平均集热效率)118-119
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况119
• 攻读硕士学位期间参加科研项目119-120
• 致谢120-121

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

我国建筑节能现状分析及对策    贠英伟;吴香国;范丰丽;

浅层地热能勘查评价    韩再生;冉伟彦;佟红兵;刘志明;

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟    林媛

太阳能辅助加热土壤源热泵系统理论分析    王侃宏,毕文峰,乔华,侯立泉

太阳能—土壤源热泵空调系统研究    赵达;张欣艳;王畅;刘逸;

在我国热泵技术发展进步中应关注的几个问题    马最良;姚杨;姜益强;倪龙;

太阳能辅助地源热泵供热的可行性研究    王侃宏;董呈娟;李保玉;

我国推动建筑可再生能源利用的举措    武涌;

太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究    杨卫波,董华,周恩泽,胡军

太阳能热泵系统运行工况的模拟研究    余延顺,马最良,廉乐明

适于城市住区规划的室外热环境实测与模拟研究    高亚锋

地源热泵与太阳能集热器联合供暖系统研究及仿真分析    吴晓寒

严寒地区太阳能—土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究    张文雍

太阳能热水器—空调复合系统中换热器的模拟研究    王战术

太阳能地源热泵复合系统理论分析及研究    杨静

太阳能在多高层住宅建筑中的应用研究    宋光明

太阳能采暖系统在小城镇住宅建筑中应用技术的研究    卜亚明

空气源热泵辅助太阳能热水系统在江淮地区应用的节能环保效益研究    彭娇娇

大连地区太阳能热水系统与高层住宅整合设计研究    李丛丛

湖南地区土壤源热泵冬季运行可拓综合评价    常欣

中国地区土壤源热泵系统研究进展评述    袁艳平;曹晓玲;雷波;杨从辉;

地源热泵竖埋U形换热器一维数值模型    李茜;苏华;李晓虹;张燕;

简析绿色住宅设计九要素    方蓉;季强;

污水源热泵在合肥地区应用潜力分析    沈念俊;刘圣武;宣浩;

太阳能地板辐射采暖系统的应用研究    贺立三;刘振波;高林朝;高艳军;

太阳能·地源热泵供暖系统在新农村中的应用前景探讨    李国栋;解国珍;梁辰;法晓明;

小区绿色建筑设计的内涵与永续性    张玉菊;徐涛;王志红;

太阳能建筑的技术途径和发展策略    仲继寿;

太阳热水系统热性能试验系统设计    张昕宇;郑瑞澄;何涛;李忠;冯爱荣;

太阳能热泵技术及其供热应用    黄金保;浦绍选;

内置转子套管换热器的实验及数值模拟研究    张震;杨卫民;阎华;丁玉梅;

论建筑业发展循环经济    段宗志;李大华;

太阳能光伏建筑一体化及其应用研究    孙颖;

我国太阳能建筑技术的应用发展探讨    邸芃;王垚;

消防水池蓄热的主动式太阳能采暖系统性能分析    庾汉成;李晶;

太阳能热泵国内外发展现状及应用分析    祖文超;李琼;

换热器强化传热技术——转子内插件的实验    张震;丁玉梅;阎华;关昌峰;杨卫民;

太阳能热水系统的安全性    丁海兵;

一种季节性蓄存环境空气热能的地源热泵空调系统    韩宗伟;李先庭;石文星;丁慧婷;

振荡流热管在建筑节能领域中的应用探讨    商福民;刘登瀛;刘建红;

太阳能地下混凝土存取热试验研究与数值模拟    赵研

集成GUD系统的低能耗建筑设计研究    石峰

基于系统辨识的太阳能—相变蓄热新风供暖系统控制策略研究    李鹏

严寒地区太阳能-土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究    张文雍

SCPC集热器及其太阳能热泵热水系统研究    穆振英

原生污水的紊流特性及其热泵系统的研究    秦娜

太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究    李宪莉

复合式热泵供热系统的耦合特性研究    刘逸

采暖区既有居住建筑节能改造管理模式研究    陈砚祥

中国农村户用沼气区域适宜性与可持续性研究    陈豫

直膨式太阳能热泵热水器的模拟分析    张东

直膨式太阳能热泵热水系统性能的优化分析    李振兴

河南太阳能热水器与住宅一体化设计研究    刘磊

基于成本预测和环境价值的SWHP经济评价    宋雅楠

寒冷地区太阳能—空气源热泵系统研究    吴启任

太阳能果蔬脱水车间性能试验及苹果脱水工艺优化研究    高兴海

太阳能供暖系统的模拟研究    安丽

岩土热响应测试仪的研制与实验研究    尹振江

盘南电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统性能分析与运行优化    尹元熙

基于工质R134a的冷水机组换热器结构分析及系统特性研究    朱新华

土壤源热泵技术发展与应用综述    于伟强;康景文;李国祥;李帅;

大连市太阳能资源评估分析    宋军;刘莉;

大连市太阳能应用情况    胡英;胡杨;

草坪环境下温度分布试验研究    王威,狄洪发,江亿,莫青

不同地表状况下的温度分布比较研究    王威,狄洪发,江亿,莫青

日本地源热泵技术发展现状    苏存堂;

利用井下换热器(DHEs)开发地热资源    赵军,涂锋华,朱强,李新国

空气源热泵热水机组节能分析    付冰;刘亮;

套管换热器湍流对流换热的数值模拟    俞接成;吴小华;刘全;

增强地源热泵竖直埋管地下换热器换热性能的研究    刘冬生,孙友宏,庄迎春

草坪温度计算模型及分析    吴延鹏;马重芳;

地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究    魏唐棣

自然工质热泵循环和地源热泵运行特性研究    王景刚

地表演变对城市热环境影响的定量研究    王伟武

地源热泵系统模型与仿真    曲云霞

光伏—太阳能热泵系统及多功能热泵系统的综合性能研究    裴刚

基于图像分析的城市建筑群室外热环境研究    罗庆

上海高层住宅外界面太阳能系统整合设计研究    史洁

土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究    於仲义

大连地区高层集合住宅的发展演变与设计策略研究    孙晓娜

蓄能型污水源热泵系统的性能分析和综合评价    张明杨

兰州地区污水源热泵供热系统优化研究    刘明琦

湖南省浅层地热能建筑应用及地源热泵模糊综合评判研究    唐志华

燃气热水器辐射地板及地源热泵辐射地板试验研究及传热模型    王文

城市住宅小区热环境数值模拟    赵福云

重庆地区住宅建筑设计与气候    王莺

喷泉周围热环境实验和理论研究    张志勤

太阳能热水器与建筑一体化设计的研究    谭艳平

翅片管式蒸发器的仿真与实验研究    李君

相变蓄热式家用太阳热水系统国外研究进展    薛怀生;操恺;王凤玲;

太阳能干燥知识讲座 第七讲 集热器型太阳能干燥系统及其操作状态和设计分析(续)    梁溥森;

水源热泵辅助太阳能供暖    施恂根;苏华;苏劲松;

天津奇信办公楼太阳能空调系统设计与研究    王岩;张广宇;张鹏;何建清;

太阳能热水系统蓄热水箱温度分层作用研究    于国清;汤金华;邹志军;

太阳能与地源热泵在农村住宅中的应用    李忠;

太阳能供热、采暖工程应用及经济性分析    郑瑞澄;

济宁鲁兴小区太阳能热水工程    李玉龙;

主动式太阳房的应用技术    周燕,谢军龙,沈国民,胡海峰

“十一五”国家科技支撑计划重大(重点)项目——全面推进太阳能建筑研究与示范    郑瑞澄;

西北地区居住建筑太阳能供暖保证率    刘艳峰;鱼亚丽;孔丹;

太阳能热水系统与热泵热水系统的比较分析    黄涛;袁东立;程洪涛;

太阳能冷暖热水三联供系统的模拟研究    黄涛;袁东立;狄彦强;

我国太阳能供暖的研究与分析    何涛;郑瑞澄;路宾;

基于太阳能供热应用的探索    张欣苗;梁梦宽;

土壤源热泵评价软件编制及北方地区适宜性研究    孟桃;

土壤源热泵空调系统在北方地区的应用性研究    沈娇;李德英;

土壤源热泵换热器作用下的土壤温度变化研究    杨国强;周志华;李勇刚;

间歇运行工况下土壤源热泵实验研究    黄伙军;张少凡;

系统化的土壤源热泵设计方法    肖龙;朱清宇;徐伟;

专家共商土壤源热泵行业发展大计    顾猛

晋瑞苑：节能环保省钱一举三得    本报记者 张剑雯

优化设计促土壤源热泵更节能    本报记者 李静华

绿色典范的亮丽风景线    铁建晓

权承赫：在混乱中前行    本报记者 马琳

晋瑞苑节能示范小区主体率先封顶    铁建晓

我省单体面积最大节能小区主体全面封顶    本报记者

绿色建筑俏龙城    本报记者 武永清

在绿色建筑中与大自然亲密接触    本报记者 王存之 殷元元

从能效角度看空调发展趋势    杨静雅 陈秋玲

土壤热湿传递与土壤源热泵的理论与实验研究    张玲

土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究    於仲义

复合式热泵供热系统的耦合特性研究    刘逸

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究    李晶

全天候太阳能喷射—变速压缩复迭式制冷系统特性研究及优化    白惠峰

采用腔体吸收器的线聚焦太阳能集热器的理论及实验研究    翟辉

太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究    李志永

太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究    李宪莉

地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究    雷海燕

太阳能—土壤源热泵系统太阳能保证率的研究    叶晓莉

太阳能直接地板辐射采暖系统参数的优化研究    吴兆武

兰州太阳能热泵和电锅炉联合运行系统的分析    冯俊芝

河北地区农村住宅太阳能供热系统研究    刘少亮

太阳能热泵地板辐射采暖系统特性与优化研究    程磊

长江中下游地区冬季太阳能—土壤源热泵系统的研究    侯晓侠

太阳能采暖系统在小城镇住宅建筑中应用技术的研究    卜亚明

西北地区居住建筑太阳能采暖保证率研究    鱼亚丽

太阳能—土壤源热泵系统在华北地区应用的模拟研究    许昭龙

太阳能冷暖热水三联供系统的模拟分析与实验研究    黄涛