复合土壤源热泵系统能耗比较研究

论文摘要

土壤源热泵因其环保性、节能性受到越来越广泛的关注,特别是复合土壤源热泵系统的出现,打破了常规土壤源热泵系统的应用限制。目前常用的复合土壤源热泵系统分为两种:一种是冷却塔辅助冷却的土壤源热泵系统,另一种是太阳能辅助加热的土壤源热泵系统。前者用于冷负荷占优的地区,比如夏热冬冷地区;后者则多数用于北方寒冷地区。然而夏热冬冷地区,土壤源热泵系统的节能优势主要是在冬季,辅助冷却系统是以削弱冬季换热为代价的,这样就产生了矛盾;另一方面,冬季节能优势如何也是有待进一步的研究。因此,本文针对武汉这种夏热冬冷地区,提出供热优先复合土壤源热泵系统,运行模式为:夏季利用冷却塔作为辅助冷源、秋季和冬季利用太阳能集热器对土壤加热、春季利用冷却塔对地下预冷,强化冬季换热的同时兼顾夏季制冷。以Fluent为研究平台,对该系统和辅助冷却系统进行运行期两年的模拟计算,同时对传统空调系统夏季进行仿真,作为功耗比较基础。分析两种复合土壤源热泵系统夏季、冬季以及全年的机组功耗特性,并对地下土壤温度分布情况也做了相应的对比分析。主要结论如下:(1)与采用冷却塔制冷的传统空调系统相比,采用间歇运行制冷的复合地源热泵系统节能明显;(2)辅助冷却系统一定程度上解决了热堆积的问题,而供热优先复合系统灌热量远大于取热量,加剧了地下的热积累。(3)供热优先复合土壤源热泵系统相比辅助冷却系统,冬季机组功耗可节省28.6%,夏季机组功耗有所增长,导致全年节能效果不是很明显。主要是运行该系统会导致土壤温度大幅度上升。因此,设计时必须要考虑地下的热平衡;另外,对于辅助冷热源的启停控制,应根据当地气候条件以及机组性能等多个参数进行综合优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题研究的内容
• 2 系统模拟与模型
• 2.1 Fluent 软件简介
• 2.2 建筑物负荷模型
• 2.3 热泵机组模型
• 2.4 地埋管换热器模型
• 2.5 冷却塔模型
• 2.6 太阳能集热器模型
• 2.7 系统运行模拟
• 2.8 本章小结
• 3 辅助冷却土壤源热泵系统模拟结果与分析
• 3.1 传统空调系统
• 3.2 辅助冷却系统形式
• 3.3 辅助冷却系统能耗分析
• 3.4 地下温度变化
• 3.5 本章小结
• 4 供热优先复合土壤源热泵系统模拟与分析
• 4.1 系统构成
• 4.2 太阳能辅助系统能耗分析
• 4.3 地下温度场分布与变化
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步的工作展望
• 致谢
• 参考文献