人類社會的發(fā)展和進步主要依賴于能源,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,能源需求量與日俱增,這使得開發(fā)及利用可再生能源的趨勢刻不容緩。目前在能源消耗方面,建筑能耗占我國總能耗的比例較大,一次能源利用效率較低,從而建筑節(jié)能變得尤為重要。太陽能是一種用之不竭的清潔能源,將其與土壤源熱泵技術結(jié)合應用到嚴寒地區(qū)為建筑供暖、制冷及供應生活熱水上,既彌補了兩大清潔能源各自的不足,又實現(xiàn)了能源的高效利用。本文以哈爾濱市某一小型辦公建筑為研究對象,依據(jù)太陽能-土壤源熱泵耦合系統(tǒng)原理,將系統(tǒng)全年運行模式以季度進行劃分。在傳統(tǒng)運行方案（方案一）的基礎上,提出優(yōu)化后的方案,即方案二:冬季添加太陽能輔助供暖并進行土壤蓄熱模式;夏季在供冷工況下機組間歇運行停止供冷時,增設太陽能進行土壤蓄熱模式。全年生活熱水用水以輔助加熱器加熱的方式作為保障,以免由于不利因素影響,導致生活熱水無法加熱到供熱水需求。隨后以面積熱指標法初算建筑全年最大冷熱負荷,進行系統(tǒng)設備選型及搭建實驗臺。以瞬態(tài)模擬軟件TRNSYS為平臺,按照設計方案選擇合適的模塊搭建耦合系統(tǒng)仿真模型,以實驗為基礎驗證模型可靠性。主要從以下幾個方面分別對系統(tǒng)運行方案的動態(tài)特性... 

【文章來源】：哈爾濱商業(yè)大學黑龍江省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術路線圖

哈爾濱商業(yè)大學碩士學位論文-16-進行選取，嚴寒地區(qū)典型城市哈爾濱為本次實驗地點。哈爾濱位于中國東北地區(qū)，黑龍江省南部，處于東經(jīng)125°42′~130°10′、北緯44°04′~46°40′之間，是國內(nèi)緯度最高，氣溫最低的省會城市。其四季分明，冬季漫長寒冷，相比之下夏季顯得短暫涼爽。春、秋季室外溫度波動較大，屬于過渡季節(jié)，時間短。哈爾濱屬于中溫帶大陸性季風氣候，全年平均降水量為569.1mm，在6~9月之間降水較頻繁，夏季降水量占全年降水量的60%，在11月到次年1月之間降雪較頻繁。全年四季具體分為4~6月份為春季，空氣干燥，氣溫回升快且變化無常，溫度升降幅度最大可達10℃左右。室外溫度月變化量為8到10℃。7~8月份為夏季，室外空氣含濕量大，多雨，7月平均氣溫為22.85℃，最高氣溫可達38℃，室外環(huán)境溫度月變化量校9~10月為秋季，降雨量較夏季明顯減少，晝夜溫差大，9月份平均氣溫為14.71℃，10月份哈爾濱北部地區(qū)已經(jīng)達到0℃，南部地區(qū)2到4℃。11月到次年的3月份為冬季，室外空氣含濕量少，溫度低，1月平均氣溫-18.73℃，歷史上最低氣溫可達到-37.7℃。由此可以看出，哈爾濱地區(qū)在供能方面是以供暖為主，供冷為輔。哈爾濱地區(qū)土壤溫度按照土壤原始溫度場計算公式，結(jié)合《中國地溫資料》[55]中的地質(zhì)相關參數(shù)，可以得出不同深度8760h的哈爾濱原始巖土溫度數(shù)據(jù)，繪制出如圖2-2所示曲線圖。從圖中可以直觀地看出哈爾濱全年淺層土壤溫度在30m以下趨于定值，表2-1給出了地下30m、70m、100m土壤平均溫度。圖2-2全年不同深度土壤溫度分布圖表2-1不同深度土壤初始平均溫度深度（m）初始平均溫度(℃)308.52708.571008.6

哈爾濱商業(yè)大學碩士學位論文-18-是淺層土壤的溫度受外界環(huán)境影響較大這種情況在嚴寒地區(qū)更為顯著，冬季嚴寒地區(qū)室外空氣干球溫度最冷月可達到零下30℃，這樣淺層土壤溫度極易容易凍結(jié)，影響系統(tǒng)正常運行。地埋管采用垂直布置時占地面積小，地下土壤溫度受地表面空氣干球溫度的影響小工作性能穩(wěn)定，鉆井深度一般為30~180m左右。垂直地埋管換熱器又分為U型埋管換熱器和套管式換熱器，但套管式換熱器的施工方面較復雜，因此在實際工程中較少被使用。目前垂直U型地埋管換熱器的方式有兩種，分為單U型和雙U型，單U型埋管結(jié)構(gòu)形式如下：圖2-5埋管換熱器結(jié)構(gòu)圖雙U型埋管換熱器安裝復雜，系統(tǒng)運行中循環(huán)水泵的能源消耗量加大，支管較多相互纏繞影響換熱效果。鑒于對上述問題的考量，本次實驗采用的是豎直單U型PE100地埋管換熱器。目前應用較為廣泛的換熱器埋深長度的計算方法有兩種，其一，按照《GB50366-2009地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范》[58]中提到的的垂直埋管換熱器長度計算公式進行計算，但該方法中設計到的參數(shù)較多且不容易獲齲因此本文采用另一種計算方法，即工程概算法，該方法首先根據(jù)建筑設計總冷熱負荷及熱泵機組COP計算出冬夏季換熱器的取放熱量，隨后確定埋管方式，再依據(jù)熱響應實驗測得的當?shù)負Q熱器單位孔深換熱量求出所需換熱器長度。這種方法既簡單又可靠，比較適合應用于工程初期地埋管換熱器的設計。具體計算公式為：c0cCOP1QQ1（2-1）h1hCOP1QQ1（2-2）式中COPc——熱泵機組制冷性能系數(shù)；COPh——熱泵機組制熱性能系數(shù)；Qc——埋管向土壤中的放熱量，kW；

【參考文獻】：
期刊論文
[1]嚴寒地區(qū)土壤源熱泵系統(tǒng)土壤溫度變化分析研究[J]. 朱林,張賀,楊金剛.  吉林師范大學學報(自然科學版). 2020(01)
[2]太陽能供暖的有效集熱量與有效太陽輻照度[J]. 司鵬飛,戎向陽,石利軍,楊正武.  暖通空調(diào). 2020(02)
[3]嚴寒地區(qū)太陽能跨季蓄熱熱泵供暖性能實驗研究[J]. 金光,陳仁磊,郭少朋,郝楠,王冰.  建筑科學. 2019(12)
[4]內(nèi)蒙古地區(qū)太陽能-地源熱泵系統(tǒng)運行特性研究[J]. 金光,張宏葛,郭少朋,郝楠.  西安建筑科技大學學報(自然科學版). 2019(05)
[5]R134a和R1234yf太陽能輔助熱泵系統(tǒng)性能對比[J]. 秦帥波,郭曉穎,李華松.  低溫與超導. 2019(10)
[6]嚴寒地區(qū)太陽能-地源熱泵系統(tǒng)應用經(jīng)濟性分析研究[J]. 金光,陳正浩,郭少朋,郝楠,李雨宸.  可再生能源. 2019(09)
[7]季節(jié)性蓄熱的太陽能/地源熱泵耦合系統(tǒng)研究[J]. 韓靜洋,張強武,馬坤茹.  供熱制冷. 2019(06)
[8]寒冷地區(qū)高速公路收費站太陽能土壤源熱泵空調(diào)采暖系統(tǒng)設計[J]. 付文彪.  山西交通科技. 2019(03)
[9]太陽能-土壤源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)優(yōu)化研究[J]. 劉杰,萬鵬,郭健翔,周恩澤,郭煒.  熱科學與技術. 2019(02)
[10]上海地區(qū)太陽能-地源熱泵冬季聯(lián)合運行試驗研究[J]. 崔云翔,蔡穎玲.  流體機械. 2019(02)

碩士論文
[1]太陽能跨季節(jié)儲存地下水箱蓄熱特性的模擬研究[D]. 李霞.重慶大學 2017
[2]基于TRNSYS的太陽能耦合土壤源熱泵系統(tǒng)仿真研究[D]. 尹麗媛.太原理工大學 2013



本文編號：3305164