天然气基冷热电联供系统与土壤源热泵耦合系统研究

【摘要】：建筑节能问题已不容忽视。而建筑节能一般从三个途径入手，即建筑本体、建筑能效设备以及建筑能源来源。且后两者在建筑运行节能中起关键作用，即“开源”与“节流”。在“开源”方面，以天然气基冷热电联供系统（NG-CCHP）和地源热泵为代表的分布式能源系统是应用比较广泛且高效的供能系统。经过文献综述，两类系统应用过程中存在一定的问题。即，几近于并行发展，没有实现交叉融合，即便部分同领域研究学者对二者耦合进行了研究，但依然是两者的简单叠加，不能形成系统的优势互补，没有基于能的品位梯级利用原则，进行系统深度集成。 因此，作者提出一个新型NG-CCHP与土壤源热泵（GSHP）相耦合的分布式能源系统。该系统融入了能的品位提升与能的梯级利用思想，将二者形成一体化系统，脱离两个系统叠加的概念，形成一个新型多能源耦合的冷热电三联供系统。 为进一步诠释该耦合系统节能机理及系统性能特点，给出一典型供能案例系统。选择传统NG-CCHP、NG-CCHP与GSHP“并联型”供能系统作为参比对象，以低品位余热利用率（η1）和相对节能率（η2）作为性能评价准则。并分析了耦合关键操作参数对一体化供能系统性能的影响特性。经过研究得到如下结论： （1）一体化供能系统的η1为117%，且一体化供能系统中GSHP的能效比常规GSHP提高了95.9%。“并联型”供能系统的η1为104%；因此，一体化供能系统的低品位余热利用η2分别为12.5%、17%，参比系统分别为“并联型”供能系统和NG-CCHP。与NG-CCHP相比，一体化供能系统的系统η2为4.0%。 （2）当满足建筑用能需求时，与NG-CCHP相比，一体化供能系统的一次能源消耗量降低了29.1Nm3/h；与“并联型”供能系统相比，一体化供能系统减少了29.6kW/h的电力需求，而电的品位比低品位热（180℃-120℃）的品位大的多。 （3）在改变NG-CCHP的低品位余热利用方式与GSHP相耦合的一体化供能系统中，当为了减少GSHP的地下打井面积时，可以使NG-CCHP的低品位余热与GSHP地源侧机组进口相耦合；当为了最大限度地提高低品位余热利用效率时，可以使NG-CCHP的低品位余热与GSHP需求侧机组出口相耦合。 【关键词】：建筑节能 供能系统 天然气基冷热电联供系统 土壤源热泵 一体化系统
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 建筑供能系统研究现状13-22
• 1.2.1 传统建筑冷热电供能系统现状13-14
• 1.2.2 NG-CCHP系统发展研究现状14-17
• 1.2.3 GSHP系统发展研究现状17-19
• 1.2.4 建筑冷热电复合供能系统发展现状19-22
• 1.3 本文研究内容及技术路线22-24
• 1.4 本文研究意义24-25
• 第2章 NG-CCHP与GSHP耦合的一体化供能系统25-35
• 2.1 建筑冷热电供能系统集成原则25-26
• 2.2 参比系统26-29
• 2.2.1 NG-CCHP系统26-28
• 2.2.2 NG-CCHP与GSHP“并联型”供能系统28-29
• 2.3 NG-CCHP与GSHP相耦合的一体化供能系统29-34
• 2.3.1 一体化供能系统耦合机理29-32
• 2.3.2 一体化供能系统架构32-33
• 2.3.3 一体化供能系统特点33-34
• 2.4 小结34-35
• 第3章 典型冷热电一体化供能系统分析研究35-48
• 3.1 用能对象概述35-37
• 3.1.1 概况介绍35
• 3.1.2 需求特性35-37
• 3.2 供能系统集成分析37-41
• 3.3 一体化供能系统应用41-45
• 3.3.1 系统假设条件41-42
• 3.3.2 系统流程简介42-45
• 3.4 系统评价准则45-46
• 3.5 系统性能分析46-47
• 3.6 小结47-48
• 第4章 典型冷热电一体化供能系统影响特性分析48-57
• 4.1 GSHP系统地源侧进口耦合性能分析48-52
• 4.1.1 地下取热量恒定时的性能分析48-50
• 4.1.2 供热量恒定时的性能分析50-52
• 4.2 GSHP系统需求侧进口耦合性能分析52-54
• 4.3 GSHP系统需求侧出口耦合性能分析54-56
• 4.4 小结56-57
• 结论与展望57-59
• 研究结论57-58
• 展望58-59
• 参考文献59-66
• 致谢66-67
• 附录A（攻读硕士学位期间所发表学术论文目录）67-68
• 附录B（攻读硕士学位期间所参与项目）68

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