青島地區(qū)太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、太陽能與土壤源熱泵耦合供熱系統(tǒng)現(xiàn)已經(jīng)在很多地區(qū)被廣泛采用。土壤熱泵相比于空氣源熱泵機(jī)組供暖穩(wěn)定，機(jī)組性能不受室外氣溫影響而被廣泛采用，且運(yùn)行費(fèi)用相對較低，但是由于不斷從土壤取熱容易造成深層土壤的溫度下降較多。太陽能供熱最為清潔，但是受室外氣象條件影響較大，而且能流密度低，使用容易受限。因此利用兩者的優(yōu)缺點(diǎn)建立太陽能與土壤源熱泵耦合供熱系統(tǒng)，并合理分配兩者的運(yùn)行時(shí)間，有利于減少土壤源熱泵的使用所帶來的土壤熱失衡，增強(qiáng)供熱穩(wěn)定性，同時(shí)有利于

2、緩解供熱所帶來污染的問題并減少運(yùn)行費(fèi)用。
　　本論文重點(diǎn)以青島地區(qū)為例，針對某農(nóng)村獨(dú)立住宅所使用的太陽能—土壤源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。該用戶原供暖方式為獨(dú)立土壤源熱泵，現(xiàn)改為太陽能—土壤源熱泵系統(tǒng)。通過對交替運(yùn)行模式的最佳運(yùn)行時(shí)間比例進(jìn)行了理論分析計(jì)算，在確定了太陽能和土壤源熱泵的工作時(shí)間比例之后通過太陽能保證率來確定集熱器的最合適的面積大小。該系統(tǒng)可以在陽光充足時(shí)盡量減少土壤源熱泵的運(yùn)行時(shí)間，不但能減少運(yùn)行費(fèi)用還有利于土壤溫

3、度的恢復(fù)，減少土壤取熱量。由于太陽能集熱器系統(tǒng)的初投資較高，所以本文的結(jié)果對于設(shè)置合適的集熱器面積，降低系統(tǒng)的費(fèi)用具有指導(dǎo)意義。
　　本文首先分析太陽能熱源與土壤熱源的特點(diǎn)，并對太陽能集熱器的換熱過程及埋地?fù)Q熱器在土壤中的傳熱機(jī)理作出正確分析并以此對太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的交替運(yùn)行模式的各部件建立了模型并進(jìn)行了模擬計(jì)算。利用土溫計(jì)算模型分析了青島地區(qū)采暖季土壤原始溫度分布特點(diǎn)，對土壤源熱泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)埋管周圍土壤溫度場分布規(guī)律進(jìn)行了

4、研究，建立了土壤溫度恢復(fù)模型，并利用控制容積法對二維非穩(wěn)態(tài)軸對稱圓柱方程進(jìn)行了離散。
　　研究結(jié)果確定了系統(tǒng)交替運(yùn)行時(shí)，近盤管處土壤溫度恢復(fù)速率的最佳狀態(tài)，并計(jì)算出此時(shí)太陽能熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)控制在45.8％，以此確定出集熱器面積的大小。由于條件的限制，本論文只對青島地區(qū)太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的供暖運(yùn)行狀況及設(shè)備的選型進(jìn)行了模擬研究。模擬計(jì)算的結(jié)果還有待于通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，本論文研究目的在于能為太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)、運(yùn)