太阳能—土壤源热泵系统优化

论文摘要

本文研究太阳能-土壤源热泵系统的优化,该系统主要由四部分组成:太阳能集热系统、热泵机组、U型管土壤换热系统、地板辐射供暖供冷系统。本文最主要的工作是建立整个系统的数学模型。为了验证模型的正确性,将供暖中期具有代表性的一天的实验数据与模拟结果作对比,可知该数学模型是合理的,误差较小。然后对系统进行优化,即在满足室内温度都高于18℃和土壤温度场热平衡的条件下,找到系统成本最低的方案。系统的主要优化参数为:太阳能集热器面积、热泵功率、运行时间以及各子系统流量。由模拟结果可知,当集热器面积为45m2,热泵功率为5匹的时候,系统成本最低。供暖初期、末期平均供热性能系数很高,3月份能达到12.9;供暖中期的平均供热性能系数较初期、末期降低,在3.13.6之间。系统总平均供热性能系数为3.72。另外,本文还做了以下工作:研究了系统各设备的开启条件;提出了新的土壤取热模型;分析了热泵功率、太阳能集热器面积、流量等对于系统模拟结果的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题意义
• 1.3 国内外在该方向的研究现状
• 1.3.1 国外在该方向的研究现状
• 1.3.2 国内在该方向的研究现状
• 1.3.3 太阳能-土壤源热泵系统有待解决的课题
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 太阳能、土壤的基本理论及实验系统介绍
• 2.1 太阳能特点及我国太阳能分布
• 2.2 太阳辐射
• 2.2.1 太阳辐射有关角度的计算
• 2.2.2 太阳能集热器平面上太阳辐射强度计算
• 2.3 土壤有关参数和土壤温度变化规律
• 2.3.1 土壤热源的特点
• 2.3.2 土壤的热物性
• 2.3.3 土壤温度的变化规律
• 2.4 太阳能-土壤源热泵实验系统
• 2.4.1 实验系统的原理
• 2.4.2 实验系统的组成
• 2.5 测试仪表的选择及测点布置
• 2.5.1 测试仪表的选择
• 2.5.2 测点布置
• 2.6 本章小结
• 第3章 太阳能-土壤源热泵系统数理模型
• 3.1 物理模型
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 建筑物室温计算模型
• 3.2.2 集热器模型
• 3.2.3 热泵模型
• 3.2.4 地板辐射供暖模型
• 3.2.5 土壤蓄热、取热模型
• 3.2.6 土壤换热器换热模型
• 3.2.7 太阳能热水直接供暖模型（模式1）
• 3.2.8 土壤源热泵供暖模型（模式2）
• 3.3 模式转换条件
• 3.3.1 集热器启动控制方案
• 3.3.2 热泵开、关条件
• 3.4 本章小结
• 第4章 数理模型验证
• 4.1 系统模拟流程
• 4.2 模型验证
• 4.2.1 系统模拟初始条件
• 4.2.2 模拟结果和实验结果的对比
• 4.2.3 误差分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 太阳能-土壤源热泵系统优化
• 5.1 参数变化对于系统模拟结果的影响
• 5.1.1 集热器
• 5.1.2 热泵
• 5.1.3 太阳能集热系统流量
• 5.1.4 地板辐射供暖系统流量
• 5.1.5 土壤换热系统流量
• 5.2 系统优化
• 5.2.1 系统设备和运行参数的优化结果
• 5.2.2 上述系统模拟结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢