兰州地区太阳能—地下水源热泵系统的数值模拟与节能分析

【摘要】： 兰州地处西北地区,有着丰富的太阳能资源和地下水资源。为了充分利用兰州地区的这些自然资源,减少煤的使用量,实现环保要求,本文对该地区采用太阳能低温水源热泵辅助供暖型式进行了系统的设计与运行模拟,以分析该系统在兰州地区推广应用的可能性。 本文选取兰州地区某节能办公楼为建筑模型,利用清华大学开发的建筑热环境设计模拟工具包(DeST),计算了供暖季节的逐时空调负荷,模拟结果得出建筑最大负荷与逐时最大负荷,两者相差11%左右,前者可作为末端设备选取依据,后者则可以作为热源装机容量的选取依据。系统由热管真空管型太阳能集热器热水集热,混合式蓄热水箱低温蓄热,低温水源热泵作为辅助热源,风机盘管作为供暖末端。 以逐时气象参数和逐时空调负荷为基础,对太阳能-地下水源热泵空调系统进行设计,并用C++Builder编制运行模拟程序。为了使太阳能低温水源热泵辅助供暖系统的技术经济性能最佳,进行了大量的试算,得出在兰州地区节能办公楼使用太阳能-地下水源热泵系统中热管式真空管集热器的较佳集热面积约为建筑面积的20.7%,蓄热水箱的蓄热容量为90L/m2(集热器面积),此时太阳能保证率为75.6%。这些结论为以后太阳能-地下水源热泵系统在该地区的应用设计提供了参考依据。 结合系统运行的情况,利用费用年值法对该系统与传统的集中供暖系统及电热膜取暖系统进行了经济性比较分析,结果表明该系统费用年值及污染物排放量较集中供暖系统和电热膜取暖系统低。太阳能-地下水源热泵系统在兰州地区有一定的发展潜力和经济竞争性。 【关键词】：供热 太阳能 水源热泵 数值模拟 节能 技术经济性分析
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU831.6
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 太阳能热利用的研究情况11-13
• 1.2.1 太阳能的热利用国外发展11-12
• 1.2.2 太阳能的热利用国内发展12-13
• 1.2.3 我国的太阳能资源分布13
• 1.3 地下水源热泵的研究情况13-15
• 1.3.1 国外地下水源热泵研究情况13-14
• 1.3.2 国内地下水源热泵研究情况14-15
• 1.3.3 我国水能资源分布15
• 1.4 本课题主要研究内容15-17
• 第2章 系统的方案分析及理论研究17-35
• 2.1 太阳能集热器的类型17-19
• 2.2 热管式真空管集热器的理论分析19-24
• 2.2.1 热管式真空集热管的结构与工作原理19
• 2.2.2 热管式真空管集热器传热模型19-20
• 2.2.3 热管式真空管集热器性能的理论计算20-24
• 2.3 太阳能蓄热方式24-26
• 2.3.1 蓄热水箱25-26
• 2.4 太阳能-地下水源热泵供暖系统的系统形式26-28
• 2.4.1 太阳能低温水源热泵辅助供暖系统26-27
• 2.4.2 太阳能低温水源热泵供暖系统27-28
• 2.4.3 太阳能高温水源热泵供暖系统28
• 2.5 辅助热源28-34
• 2.5.1 水源热泵节能原理29-30
• 2.5.2 水源热泵机组性能的影响因素30-32
• 2.5.3 采用地下水源热泵系统需要注意的问题32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 建筑模型建立及空调负荷的计算35-43
• 3.1 常用空调负荷计算方法35
• 3.2 DeST建筑物能耗分析模拟软件介绍35-36
• 3.2.1 动态模拟结果验证36
• 3.3 负荷的模拟计算36-42
• 3.3.1 模型建立与条件设定36-38
• 3.3.2 模拟结果及分析38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 系统在兰州地区的运行模拟与热性能分析43-55
• 4.1 太阳能集热系统设计及模拟参数设定43-50
• 4.1.1 集热器的选择43-44
• 4.1.2 系统流量的确定44
• 4.1.3 系统末端设计44
• 4.1.4 太阳能集热器的模拟44-45
• 4.1.5 蓄热水箱选取45-46
• 4.1.6 太阳能系统的保证率46-47
• 4.1.7 系统控制方式47-48
• 4.1.8 集热面积的确定48-49
• 4.1.9 循环水泵49-50
• 4.2 水源热泵系统的设计50
• 4.2.1 水源热泵的选择50
• 4.2.2 水源热泵的参数50
• 4.3 地下水源端设计50-52
• 4.3.1 地下水源热泵系统流程50-51
• 4.3.2 水井及设备的选择51-52
• 4.4 系统的热性能分析52-54
• 4.4.1 集热器热性能分析52-53
• 4.4.2 蓄热水箱供暖季水温变化53
• 4.4.3 水源热泵机组供暖季制热系数53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 系统技术经济性分析55-62
• 5.1 稳定性分析比较55
• 5.2 费用年值法技术经济性分析比较55-60
• 5.3 环保性分析比较60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文68-69
• 附录B69

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