严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补的运行性能研究

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1、严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补的运行性能研究AResearchaboutthePerformanceoftheSolarEnergyandGroundsourceHeatPumpandHeatingNetworkincoldregions研究生：姚俊彬指导教师：郝红副教授学科专业：能源与环境工程二〇一五年十二月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补的运行性能研究作者姓名：姚俊彬入学年份：2013年9月指导教师：郝红副教授学科专业：能源与环境工程申请学位：工学硕士所在单位：市政与环境工程学院论文提交日期：2015年11月论

2、文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年01月答辩委员会主席：宋波答辩委员会组成：宋波郝文阁冯国会于靓王贵强于水刘馨论文评阅人：声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论

3、文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机构）可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。）作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年□一年半□两年□作者签名：导师签名：日期：年月日期：年月硕士研究生学位论文摘要I摘要随着经济的发展以及人类的进步，人们逐渐意识到调节能源与环境之间的关系的重要性。能源与环境的关系问题，以及如何实现可持续发展已经成为了全球性的问题。节约常规能源、提高能源的利用效率以及大力开发新的可再生能源作为解决能源匮乏和环境破坏等问题的重要手段。在本文中

4、，提出了将太阳能、土壤源热泵与既有的城市热网系统结合起来，实现互补供能模式，这样既弥补了在东北严寒地区仅凭热网系统无法满足小区供暖要求的不足，又能与既有建筑节能改造相结合。这样既充分发挥了太阳能以及土壤源热泵的优势，降低了能耗，实现了节能减排的目的，同时又与既有建筑节能的改造相结合，更有利于可再生能源的推广和应用。在本文中，首先选择了位于严寒地区的某办公楼做为基准建筑，并对其进行负荷计算，按照太阳能保证率进行了互补系统的能源匹配，对系统中的各部件进行了选型计算，并在TRNSYS软件中分别建立了供暖季和制冷季的互补系统模型。最后对系统进行仿真模拟，考察了在供热工况下互补供热系统与

5、传统集中供热系统的各项参数；以及制冷工况下，两种不同运行模式的互补供能系统的土壤蓄热量、土壤温度等参数。最后对互补供能系统和传统功能系统进行了经济性和节能性分析。在整个供暖季中，互补供热系统中的热网换热器的进水水温更高，两者之间的平均温差为4.5℃，而传统的集中供热形式的供水温度更为稳定，而且供水温度也较高，平均水温要比互补供热的供水平均水温高2.3℃。传统集中供热系统从热网中取得的热量比互补供热系统从热网处取得的热量高2.83×108kJ。这部分由太阳能系统和地源热泵系统补足，其中太阳能系统提供的热量为1.1×108kJ，地源热泵系统的换热量为1.84×108kJ。在制冷季，

6、只有一套地埋管时，循环水的进出口平均温差为3.3℃，有两套管时，循环流体流经地埋管的进出口温差为3.5℃，两者向土壤的蓄热量分别为1.9×108kJ和3.6×108kJ。前者土壤蓄热体的温度从12℃下降到5.4℃，后者从12℃下降到了10.3℃。在长年运行这方面来看，两套管系统更具有优势。从一次能源利用率、环境效益以及经济性方面对互补系统与集中供热系统以及中央空调制冷系统进行对比分析，可以发现，在制热工况下，太阳能承担的负荷比例越大，那么互补供热系统的一次能源率和热泵机组的一次能源利用率就会越高。对于传统锅炉房供热来说，互补供热系统的一次能源率提高了11%～84%，对于中央空调

7、制冷，一次能源利用率升高了36%。所以互补供热系统在一次能源利用率方面明显优于现行的常规制热和制冷方式。对于互补供热系统来说，随着太阳能所承担的负荷从0增加到1，单位面积的年耗标煤量从16.51kgce/m2下降到了14.40kgce/m2。所以说互补供热系统的节能性十分突出。而相对于传统的锅炉房供热方式来说，互补供热系统的CO2，SO2，NOx以及灰渣的排放II摘要硕士研究生学位论文量也在减少。太阳能-地源热泵与热网互补系统是可再生能源与传统能源的互补结合的产物，虽然有经济等因素的制约，现