太阳能-地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统模拟

论文摘要

在综述分析国内外土壤源热泵、太阳能-土壤源热泵以及太阳能-土壤蓄热土壤源热泵等方面的基础上,本文提出了太阳能-地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统。首先,介绍了太阳能、土壤方面的基本理论,以求出太阳能集热器表面的太阳辐射量和土壤的初始温度分布。其次,针对北京地区,选取了一幢既有单体建筑,运用DEST计算了逐时热负荷,根据瞬时最大热负荷进行系统设计,分别对太阳能集热器、地下坑槽及水平埋管、热泵机组、循环水泵和板式换热器进行了设计选型,并介绍了系统的主要运行模式。随后,在建立了系统各组成部分的数学模型的基础上构建了太阳能-地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统的数学模型,制定了系统各组成部分的启停条件,进而确定了系统各运行模式的转换条件。基于此模型,研究了北京地区系统的动态运行特性,并分析了集热器倾角、坑槽初始温度、集热器面积、坑槽保温层厚度、土壤的含水量、坑槽体积及热泵容量等主要参数对系统动态运行特性的影响。另外,通过比较分析该系统在全国几个典型地区的动态运行特性,给出了应用该系统效果比较好的地区。最后,结合集中供暖系统,对系统进行了经济性分析,通过分析可知,该系统在经济上可行。本文的研究成果对太阳能-地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统的应用提供了有益参考,对进一步深入研究该系统提供了基础数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 能源现状与建筑节能
• 1.1.2 太阳能的特点及我国太阳能资源分布
• 1.1.3 浅层地能与浅层岩土蓄能
• 1.1.4 课题的提出及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 国内外研究现状分析
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第2章 太阳能、土壤热源的基本理论
• 2.1 太阳辐射
• 2.1.1 太阳辐射有关角度的计算
• 2.1.2 太阳直射辐射
• 2.1.3 太阳散射辐射
• 2.1.4 太阳总辐射
• 2.2 土壤的性质
• 2.2.1 土壤的热物性
• 2.2.2 土壤的初始温度
• 2.3 本章小结
• 第3章 太阳能-地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统设计
• 3.1 单体建筑热负荷计算
• 3.2 系统设计
• 3.2.1 太阳能集热器选型
• 3.2.2 地下坑槽及水平埋管设计
• 3.2.3 热泵机组选型
• 3.2.4 地板辐射供暖末端设计
• 3.2.5 循环水泵选型
• 3.2.6 板式换热器选型
• 3.3 系统的运行模式
• 3.4 本章小结
• 第4章 太阳能－地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统的数学模型
• 4.1 系统各部件的数学模型
• 4.1.1 集热器的数学模型
• 4.1.2 热泵机组的数学模型
• 4.1.3 地下坑槽及水平埋管的数学模型
• 4.1.4 板式换热器的数学模型
• 4.1.5 地板辐射传热的数学模型
• 4.1.6 供暖房间的热力计算模型
• 4.2 系统模式转换控制条件
• 4.2.1 太阳能集热器的启停条件
• 4.2.2 埋地管换热器的启停条件
• 4.2.3 热泵的启停条件
• 4.2.4 地板辐射供暖的启停条件
• 4.2.5 系统各运行模式的控制条件
• 4.3 本章小结
• 第5章 太阳能-地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统的模拟运行特性研究
• 5.1 系统模拟框图
• 5.2 模拟系统参数
• 5.3 系统的模拟运行特性分析
• 5.3.1 系统的蓄热特性分析
• 5.3.2 系统的取热特性分析
• 5.4 系统模拟运行影响因素分析
• 5.4.1 集热器倾角对系统运行特性的影响
• 5.4.2 土壤初始温度对系统运行特性的影响
• 5.4.3 集热器面积对系统运行特性的影响
• 5.4.4 保温层厚度对系统运行特性的影响
• 5.4.5 土壤的含水量对系统运行特性的影响
• 5.4.6 坑槽体积对系统运行特性的影响
• 5.4.7 热泵容量对系统运行特性的影响
• 5.5 系统在其它地区的模拟运行特性研究
• 5.6 本章小结
• 第6章 系统经济性分析
• 6.1 经济性分析原则
• 6.2 经济性分析方法
• 6.2.1 简单补偿年限法
• 6.2.2 标准补偿年限内的计算费用法
• 6.2.3 动态补偿年限法
• 6.2.4 寿命周期净现值收益法
• 6.2.5 年度净收益法
• 6.2.6 净收益-投资比法
• 6.3 经济性分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢