太阳能—地源热泵耦合系统联合运行模式研究

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1、分类号:TU8310710-2012129028硕士学位论文太阳能-地源热泵耦合系统联合运行模式研究张涛导师姓名职称谢安生高工申请学位级别工学硕士学科专业名称供热、供燃气、通风及空调工程论文提交日期2015年4月6日论文答辩日期2015年5月24日学位授予单位长安大学ResearchonCombinedOperationModesofSolar-GroundCoupledSourceHeatPumpADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangTaoSupervisor：Prof.XieAnshengChang’an

2、University,Xi’an,China摘要近年来，日益严峻的环境和能源形势已成为威胁我国社会安定的一个重要因素，对可再生清洁能源的开发已经迫在眉睫，作为以太阳能和地热能这两大洁净能源为热源的太阳能-地源热泵的耦合系统，对缓解我国当前能源和环境危机将起到不可估量的作用。本文就是在这种背景下，以西安地区一小型住户为例进行的模拟研究。本文的研究主要是基于地源热泵单独运行的基础上进行的。考虑到太阳能和地源热泵复合系统的复杂性，可以对系统建立简化模型。文中把系统分为独立的3个模块，即地埋管模块、集热器模块、热泵机组模块，然后对每个模块建立数学模型，通过模块间的耦合参数模拟系统的运行。在集

3、热器传热模型建立过程中集热器面积和集热器最佳倾角的确定都是非常重要的。在确定最佳倾角时，本文通过matlab软件实现西安地区集热器接收太阳年辐射量与其倾斜角度的关系表示图，并最终确定西安地区集热器最佳安装倾角约为30度，进行面积确定时，主要是通过太阳能保证率、机组COP以及建筑末端2负荷关系进行估算，本文集热器面积约为6.5m。建立地埋管传热模型时，本文先介绍了土壤热物性一些测试方法，并给出了土壤初始温度分布的计算表达式。本文地埋管的数学模型是基于圆柱型热源理论建立的，考虑到末端负荷的周期性波动，在圆柱型热源理论基础上建立变热流计算模型。通过建立传热模型，对耦合后的模拟运行结果分析：

4、系统在并联模式下运行时，通过地埋管流量要尽量增大，在耦合系统联合运行时，串联模式一的运行效果更好。由于本校的多能源综合利用实验室中（太阳能-地源热泵耦合系统）还没有正式投入运行，因此模拟结果还有待进一步的实验验证。关键词：太阳能-地源热泵耦合系统，集热器，联合运行，并联模式，串联模式IAbstractInrecentyears,increasinglysevereenvironmentalandenergysituationhasbecomeanimportantfactorinthethreatofsocialstability,renewablecleanenergydevelo

5、pmentisimminent,solarandgeothermalenergyasthetwocleansolarenergyasaheatsource-groundsourceheatpumpthecouplingsystem,toeaseChina'scurrentenergyandenvironmentalcrisiswillplayaninvaluablerole.Thisarticleisinthiscontext,toXi'anresidentssimulationstudywasconductedbyasmallexample.Thisstudyisthebasisf

6、orthemaingroundsourceheatpumpisrunningonaseparate-based.Giventhecomplexityofsolarandgroundsourceheatpumpcombinedsystem,thesystemcanestablishasimplifiedmodel.Inthispaperthesystemisdividedintothreeseparatemodules,namelygroundheatmodule,modulecollectors,heatpumpmodule,andthencreateamathematicalmod

7、elforeachmodulebycouplingparametersimulationsystemrunningbetweenthemodules.Collectorheattransfermodelintheprocessofestablishingthecollectorareaandcollectortodeterminethebestangleisveryimportant.Indeterminingthebestangle,thepaperma