【摘要】：能源和環(huán)境問題是我國社會(huì)發(fā)展過程中面臨的主要問題之一,而隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步,我國的供熱需求日益增大,使用太陽能和地?zé)崮艿惹鍧嵞茉垂峥梢杂行Ь徑馕覈哪茉炊倘焙铜h(huán)境污染問題。本文提出了一種大規(guī)模應(yīng)用的太陽能-地源熱泵季節(jié)性蓄熱供熱系統(tǒng),并對(duì)該系統(tǒng)在典型氣候下的運(yùn)行情況建立了模型,將模型與前人的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證,確保了模擬分析的合理性。在此基礎(chǔ)上分析該系統(tǒng)在上海地區(qū)氣候條件下的運(yùn)行情況并優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。最后對(duì)比研究了該系統(tǒng)在我國夏熱冬冷、寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)的能效與適用性。首先提出太陽能-地源熱泵季節(jié)性蓄熱供熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式,該系統(tǒng)主要由太陽能集熱子系統(tǒng)、地埋管蓄熱子系統(tǒng)、集中供熱子系統(tǒng)和建筑負(fù)荷四部分組成,根據(jù)供熱需求和氣候特點(diǎn)確定系統(tǒng)的運(yùn)行模式,包括蓄熱模式和多種供熱模式。然后,基于TRNSYS軟件建立太陽能-地源熱泵季節(jié)性蓄熱供熱系統(tǒng)的模型,并根據(jù)太陽能和地源熱泵相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)選取合理的參數(shù)。然后分別選取實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果與模擬的太陽能季節(jié)性蓄熱供熱系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,對(duì)比發(fā)現(xiàn)模型的運(yùn)行結(jié)果與實(shí)測系統(tǒng)的結(jié)果基本吻合,因此認(rèn)為該TRNSYS模型是合理的。然后對(duì)該系統(tǒng)在上海地區(qū)的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明,蓄熱季的起始時(shí)間為4月份時(shí),蓄熱土壤溫度升高28.9℃,系統(tǒng)全年蓄熱量為3136.8 GJ,蓄熱土壤的平均蓄熱率為79.4%,系統(tǒng)的太陽能保證率為35%,全年能效比為6.07。在此基礎(chǔ)上改變蓄熱季的起始時(shí)間,得到4月份為蓄熱季的最佳起始月份。然后通過優(yōu)化集熱器面積和蓄熱體體積提高系統(tǒng)的太陽能保證率,分別得到優(yōu)化后的集熱器面積與全年熱負(fù)荷比值為3.0 m~2/MWh,蓄熱體體積與集熱器面積的比率為6.5 m~3/m~2。最后分析比較了在相同的供暖面積下太陽能-地源熱泵季節(jié)性蓄熱供熱系統(tǒng)在典型氣候條件下的運(yùn)行情況。分別選取沈陽、北京和上海作為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)的代表性城市,對(duì)該系統(tǒng)在在這三個(gè)城市的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬。分析結(jié)果顯示三個(gè)城市的年平均集熱器效率由高到低分別為上海、北京和沈陽;蓄熱體溫度分別升高34.6℃、33.0℃、34.5℃,三個(gè)城市的蓄熱量分別為2723.2 GJ、2764.1 GJ、3325.0 GJ,平均蓄熱率分別為75.15%、75.30%、77.34%,蓄熱體土壤的初始溫度越低,土壤蓄熱率越高,蓄熱效果越好;上海地區(qū)、北京地區(qū)和沈陽地區(qū)的太陽能保證率分別為45%、26.7%和15.7%,全年能效比分別為6.7、6.0和5.4,說明太陽能-地源熱泵季節(jié)性蓄熱供熱系統(tǒng)的方案在寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)也同樣適用且具有良好的節(jié)能效果。對(duì)該系統(tǒng)在嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)分別進(jìn)行優(yōu)化,嚴(yán)寒地區(qū)優(yōu)化后的集熱器面積與全年熱負(fù)荷比值為4.0 m~2/MWh,蓄熱體體積與集熱器面積的比率為4.0 m~3/m~2,太陽能保證率為21.2%。寒冷地區(qū)優(yōu)化后的集熱器面積與全年熱負(fù)荷比值為4.0 m~2/MWh,蓄熱體體積與集熱器面積的比率為4.0 m~3/m~2,太陽能保證率為35.8%。
【圖文】：

圖 1-1 埋管蓄熱方式Fig.1-1 Borehole thermal energy storage熱供熱系統(tǒng)的研究進(jìn)展開始太陽能季節(jié)性蓄熱的研究，到目前為止系統(tǒng)在歐洲已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，，在荷蘭熱的示范項(xiàng)目，到 2011 年底為止，瑞典約有e[14]建立了太陽能季節(jié)性蓄熱供熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)帶蓄熱的太陽能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。 年，Lund[15-19]通過大量工作研究了太陽能季計(jì)方法，還通過建立系統(tǒng)模型研究系統(tǒng)的運(yùn)[20]將希臘地區(qū)太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖 2-8 TRNSYS 系統(tǒng)模型示意圖Fig.2-8 Schematic diagram of TRNSYS model了確保模擬結(jié)果的合理性和可靠性，需要對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本文中用加拿大 DLSC 太陽能社區(qū)的運(yùn)行結(jié)果和杭州科技信息樓的運(yùn)行結(jié)果與陽能季節(jié)性蓄熱供熱部分和地源熱泵供熱部分的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析提供準(zhǔn)確性和合理性的驗(yàn)證。LSC 太陽能社區(qū)運(yùn)行結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證于加拿大阿爾伯塔省奧克托克斯鎮(zhèn)的德雷克太陽能社區(qū)（DLSC）是利用土壤進(jìn)行季節(jié)性蓄熱供熱的典型代表，該社區(qū)可實(shí)現(xiàn)建筑物供熱的 90能部分，對(duì)于化石燃料的依賴性極小。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TU83

【參考文獻(xiàn)】

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1 王建輝;劉自強(qiáng);劉偉;周泉;彭國輝;;地源熱泵輔助太陽能采暖系統(tǒng)的研究[J];河北工業(yè)科技;2013年06期

2 孫洲陽;陳武;;太陽能—地源熱泵聯(lián)合循環(huán)技術(shù)研究[J];流體機(jī)械;2011年10期

3 張慧智;史學(xué)正;于東升;王洪杰;趙永存;孫維俠;黃寶榮;;中國土壤溫度的季節(jié)性變化及其區(qū)域分異研究[J];土壤學(xué)報(bào);2009年02期

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1 劉雨艷;大慶地區(qū)太陽能—土壤源熱泵系統(tǒng)模擬研究[D];東北石油大學(xué);2017年

2 楊震;跨季節(jié)蓄熱太陽能—地源復(fù)合熱泵系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用研究[D];河北工程大學(xué);2017年

3 蘇婉昀;太陽能跨季節(jié)貯熱—地源熱泵熱水系統(tǒng)在住宅中的應(yīng)用研究[D];長安大學(xué);2014年

4 丁兆磊;太陽能—地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的模擬優(yōu)化[D];山東建筑大學(xué);2013年

5 賈艷敏;太陽能、蓄熱與地源熱泵組合系統(tǒng)運(yùn)行模式與實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2665900