季節(jié)蓄熱型太陽能-土壤耦合熱泵系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化研究.pdf

1、嚴(yán)寒地區(qū)冬季漫長,建筑物的供暖熱負(fù)荷遠(yuǎn)大于空調(diào)冷負(fù)荷。若單純采用土壤源熱泵系統(tǒng),則冬季從土壤中的取熱量有可能會大于夏季釋放給土壤的熱量。因此系統(tǒng)常年運行會使得地下土壤溫度場逐年降低,且難以在過渡季節(jié)充分恢復(fù),繼而使熱泵的供暖性能系數(shù)惡化。太陽能-土壤耦合熱泵系統(tǒng)(Solar-GroundCoupledHeatPump,SGCHP)利用太陽能集熱器收集非采暖季節(jié)的太陽能,通過地埋管換熱器儲存到土壤中,冬季再使用熱泵將熱量提取出來,為建筑物

2、供暖。這種跨季節(jié)的土壤蓄熱,不僅能將非采暖季豐富的太陽能資源轉(zhuǎn)移到冬季使用,而且可以使土壤溫度得到充分恢復(fù),保證熱泵系統(tǒng)的高效運行。如果復(fù)合系統(tǒng)能夠設(shè)計合理,那么就可以有效地擴大太陽能這種可再生能源的應(yīng)用范圍,帶來顯著的節(jié)能效益。
　　因此,本文首先收集整理了《建筑用氣象數(shù)據(jù)手冊》中各地的太陽輻射數(shù)據(jù)資料,計算出了不同地區(qū)太陽能集熱器不同的安裝傾角下集熱板所能接收到的太陽輻射量的方法,編程計算給出了各個地區(qū)的太陽能集熱器最佳安裝傾

3、角,比傳統(tǒng)建議的以地理緯度為安裝角的值略小一些。接著,介紹了太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計方面的基本理論。
　　然后,選取了榆林地區(qū)的一棟單體辦公建筑(面積3500㎡),采用DEST負(fù)荷計算軟件,模擬得到當(dāng)?shù)氐湫蜌庀竽陞?shù)下該建筑的全年逐時空調(diào)及采暖負(fù)荷。利用GLDPremier2012軟件,模擬分析了土壤的熱物性參數(shù)、埋管間距和回填材料導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)對該建筑冬夏逐時負(fù)荷作用下地埋管從土壤中取放熱所引起土壤溫度的累年變化特征的影響,給出了土壤

4、溫度隨著運行年份推移而變化的規(guī)律。
　　最后,采用三維動態(tài)數(shù)值模擬方法,對地埋管換熱器在土壤中的取熱以及蓄熱過程進行了模擬,分析了地埋管換熱器的蓄熱性能。此外,還模擬了埋管管群的蓄熱情況,對埋管間距、埋管進口流體溫度以及蓄熱時間對蓄熱性能的影響進行了分析,并且對各影響因素下運行一段時期后土壤的溫度場進行了對比與分析。在模擬計算中得到了大量的關(guān)于地源熱泵地埋管換熱器在土壤中的蓄熱量以及土壤溫度場變化特性的數(shù)據(jù)。最后模擬了全年工況,基