【摘要】：隨著全球面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境和能源危機(jī),地源熱泵脫穎而出。這是因?yàn)樽鳛橐环N能夠?yàn)榻ㄖ瑫r(shí)提供熱量和冷量的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),地源熱泵在目前研究結(jié)果中已經(jīng)被證明其高效率。在地源熱泵的制冷劑選擇方面,由于傳統(tǒng)的制冷劑如R22,R134a和R410a等對(duì)于臭氧層的傷害,并不符合減緩環(huán)境危機(jī)的初衷,本文研究的地源熱泵系統(tǒng)采用二氧化碳自然工質(zhì)作為制冷劑。然而,地源熱泵的運(yùn)行也有其弊端。地源熱泵年復(fù)一年接連運(yùn)行的時(shí)候,地下埋管區(qū)域的土壤也會(huì)年復(fù)一年地參與換熱,為建筑提供或釋放熱量。若地源熱泵運(yùn)行的區(qū)域并不具備溫和的天氣,系統(tǒng)向土壤傳遞的熱量和土壤向系統(tǒng)傳遞的熱量之間就會(huì)出現(xiàn)不平衡。在冬天極度寒冷的地區(qū),由于系統(tǒng)需要土壤提供的熱量比系統(tǒng)需要向土壤釋放的熱量多很多,土壤的溫度會(huì)下降。而在夏天極度炎熱的地區(qū),情況相反,由于系統(tǒng)需要土壤提供的熱量比系統(tǒng)需要向土壤釋放的熱量少很多,土壤的溫度會(huì)上升。這種情況會(huì)影響地下埋管換熱器的傳熱特性,由于地下埋管換熱器與土壤之間的換熱是地源熱泵最關(guān)鍵的步驟之一,土壤溫度的變化對(duì)地下?lián)Q熱器的影響會(huì)進(jìn)而影響整個(gè)二氧化碳地源熱泵的運(yùn)行。為了解決這個(gè)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)地源熱泵的更好應(yīng)用,我們必須找到一個(gè)新方法來(lái)改善土壤中熱不平衡的現(xiàn)象。在本文中提出了一個(gè)可能的解決方法。通過(guò)使用輔助的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和采用雙冷卻介質(zhì)的兩個(gè)氣冷器,地源熱泵能夠更好適應(yīng)非溫和氣候地區(qū)的使用。在冬季嚴(yán)寒,夏季氣候溫和的供熱主導(dǎo)地區(qū),利用太陽(yáng)能輔助系統(tǒng)提供熱量,以達(dá)到土壤熱平衡,具體的方法為:冬天,太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)充當(dāng)輔助熱源,地源熱泵蒸發(fā)器不僅可以從土壤吸熱,還可以從太陽(yáng)能集熱水箱吸熱,太陽(yáng)能為建筑補(bǔ)充供熱,減少地下埋管換熱器從土壤汲取的熱量。在夏季酷熱,冬季溫和的供冷主導(dǎo)地區(qū),利用除了地下埋管換熱器的循環(huán)冷水作為散射介質(zhì)外,利用空氣作為另一種冷卻介質(zhì)幫助散熱,以達(dá)到土壤的熱平衡,具體的方法為:夏天,采用水冷氣冷器和空氣冷卻氣冷器輔助,將部分熱量排放到空氣中,減少地下埋管換熱器向土壤排放的熱量。如此,就能夠幫助平衡土壤中被取出和被注入的熱量相平衡,解決不平衡的問(wèn)題。本文根據(jù)提出的解決方法,建立了一個(gè)適用于寬氣候環(huán)境,合成太陽(yáng)能集熱器和雙冷卻介質(zhì)氣冷器二氧化碳地源熱泵系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型。通過(guò)建立系統(tǒng)中各個(gè)關(guān)鍵部件的數(shù)學(xué)模型,組成整個(gè)系統(tǒng)模型。部件模型包括建筑模型,熱泵模型,地下埋管換熱器模型,太陽(yáng)能集熱器模型,熱水水箱模型和空氣冷卻氣冷器模型等。利用現(xiàn)有文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù),本文中對(duì)使用的各個(gè)部件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。太陽(yáng)能集熱器和熱水水箱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與所用模型模擬結(jié)果的偏差在1oC以內(nèi)。地下埋管換熱器通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果的對(duì)比得出可靠度超過(guò)90%。熱泵系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也保持了高度的吻合,空氣冷卻氣冷器的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的偏差不超過(guò)10%。基于文中提出的模型,本文研究了合成太陽(yáng)能集熱器和雙冷卻介質(zhì)氣冷器二氧化碳地源熱泵系統(tǒng)在不同氣候地區(qū)運(yùn)行以后對(duì)當(dāng)?shù)氐叵聯(lián)Q熱平衡的影響,以及系統(tǒng)在不同設(shè)計(jì)條件下,不同天氣情況的城市的運(yùn)行費(fèi)用和初始投資費(fèi)用。本文同時(shí)研究了輔助部件太陽(yáng)能集熱器和空氣冷卻氣冷器的參數(shù)不同對(duì)上述問(wèn)題的影響。系統(tǒng)模型結(jié)果顯示,利用合成太陽(yáng)能集熱器和雙冷卻介質(zhì)氣冷器二氧化碳地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行一年后,能夠顯著緩解土壤中熱不平衡的現(xiàn)象,冬季極端寒冷天氣情況下,土壤中的熱不平衡率由最初的95.1%降低為0.1%(以挪威特隆赫姆為例),夏季極端炎熱天氣情況下,土壤中的熱不平衡率由最初的90.6%變?yōu)?.03%(以中國(guó)廣州為例)。當(dāng)與單獨(dú)的二氧化碳地源熱泵系統(tǒng)比較的時(shí)候,合成太陽(yáng)能集熱器和雙冷卻介質(zhì)氣冷器二氧化碳地源熱泵系統(tǒng)的年能量消耗降低了41.5%(以挪威特隆赫姆為例)和23%(以中國(guó)上海為例)。對(duì)于上海,采用了空氣作為冷卻介質(zhì)的輔助氣冷器的二氧化碳地源熱泵系統(tǒng)的投資值比單純的二氧化碳地源熱泵系統(tǒng)降低了20%。對(duì)于太陽(yáng)能的輔助供熱,本文又研究了兩個(gè)利用太陽(yáng)能的方法,一則單純使用太陽(yáng)能作為輔熱源,二則在夏天利用太陽(yáng)能集熱器收集的熱量注入土壤進(jìn)行補(bǔ)充。本文經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),采用夏季補(bǔ)熱方式的系統(tǒng)比單純使用太陽(yáng)能作為輔熱源的系統(tǒng)初期投資降低了88.1%(挪威特隆赫姆)和51.7%(中國(guó)哈爾濱)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU83

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4 諸亞s，

本文編號(hào)：2368763