太陽能與地源熱泵耦合系統(tǒng)

1、姓名： 學(xué)號：1403210393西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境學(xué)院劉俊杰陽光動力2號LOGOPage 3 目錄土壤源熱泵1 太陽能集熱系統(tǒng)2太陽能與土壤源熱泵耦合系統(tǒng)34耦合系統(tǒng)的缺點LOGOPage 4一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置。一.土壤源熱泵LOGOPage 5土壤源熱泵的優(yōu)點土壤源熱泵的優(yōu)點地源熱泵系統(tǒng)的能量來源-地球表面淺層，是一個巨大的太陽能集熱器，收集了約47%的太陽能量，其儲存規(guī)模遠(yuǎn)超人類每年所需能量的總和。且太陽能本身就是一種可再生能源，使得地層儲存能也具備可再生性和可持續(xù)性。由于地源熱泵利用儲存在大地中的能源，它具有其他能源無可比擬的穩(wěn)定性，其一年四季變化較小。大地溫

2、度冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低,，是極好的冷熱源。傳統(tǒng)的熱源都具有在燃燒過程中，其不可避免的產(chǎn)生各種廢氣，或者CO，CO2等溫室氣體。而地源熱泵其工作過程僅僅是利用制冷循環(huán)中蒸發(fā)器和冷凝器的功能轉(zhuǎn)換原理。LOGOPage 6土壤周期性平衡問題經(jīng)濟(jì)性問題難道土壤源熱泵就沒有缺點了嗎？土壤源熱泵的土壤源熱泵的缺缺點點換熱問題LOGOPage 7利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置。太陽能集熱系統(tǒng)二.太陽能集熱系統(tǒng)太陽能集熱器蓄熱水箱系統(tǒng)類型LOGO1.太陽能集熱器企業(yè)標(biāo)志企業(yè)標(biāo)志平板集熱器全玻璃真空管器u型管真空管集熱器熱管真空管集熱器LOGO2.太陽能系統(tǒng)蓄熱水箱NO

3、TEl蓄熱水箱容積應(yīng)該根據(jù)集熱器的尺寸、當(dāng)?shù)靥栞椛?情況來確定。l水箱與集熱器的配比必須恰當(dāng)。l太陽能儲水箱與集熱器配比課參照上表。LOGO強制循環(huán)系統(tǒng)強制循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)直流式系統(tǒng)直流式系統(tǒng): 3.太陽能熱水系統(tǒng)類型LOGOPage 111. 分散性:雖然地球表面接收到的太陽能輻射總量較大，但是太陽能的能流密度很低。2.太陽輻射存在很大的間歇性和不穩(wěn)定性問題。能源現(xiàn)狀：但中國人均能源資源占有量不到世界平均水平的一半，石油占有量僅為十分之一。歷史前沿：歷史前沿：1940至今人類探索的腳步從未停歇研究的意義：研究的意義：對建筑節(jié)能和改善我國能源現(xiàn)狀有著重大的意義三、三、太陽能與

4、土壤源熱泵耦合系統(tǒng)LOGOPage 13太陽能具有不穩(wěn)定性和間歇性的缺陷，土壤熱源可以彌補單獨采用太陽能不能在夜間和陰雨天運行的弊端。而寒冷地區(qū)建筑熱負(fù)荷較大，容易造成地下土壤溫度的失衡，這種土壤溫度的失衡對于整個地源熱泵系統(tǒng)的效率影響很大，同時也會破壞地下生態(tài)平衡。加入太陽能后，地源熱泵在供暖季運行時，土壤溫度的波動相對會變小，這樣熱泵機(jī)組本身就可以具有較高的效率，太陽能對機(jī)組的效率提升很有幫助。 太陽能具有不穩(wěn)定性和間歇性的缺陷，土壤熱源可以彌補單獨采用太陽能不能在夜間和陰雨天運行的弊端。 寒冷地區(qū)建筑熱負(fù)荷較大，容易造成地下土壤溫度的失衡，這種土壤溫度的失衡對于整個地源熱泵系統(tǒng)的效率影響

5、很大，同時也會破壞地下生態(tài)平衡。加入太陽能后，地源熱泵在供暖季運行時，土壤溫度的波動相對會變小，這樣熱泵機(jī)組本身就可以具有較高的效率，太陽能對機(jī)組的效率提升很有幫助。1.聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)劣互補LOGO聯(lián)合系統(tǒng)原理圖LOGO1.串聯(lián)運行模式:板式換熱器(連接太陽能蓄熱水箱)與地埋管換熱器聯(lián)合運行，載熱流體可以先經(jīng)過板換再經(jīng)過地埋管換熱器或者先經(jīng)過地埋管換熱器再進(jìn)入板換，然后再進(jìn)入熱泵機(jī)組;當(dāng)夜晚或者陰天時，水箱內(nèi)溫度較低則單獨采用土壤源熱泵供暖。2.聯(lián)合系統(tǒng)的運行模式LOGO2.并聯(lián)運行模式:板式換熱器與埋地管換熱器并聯(lián)運行，即載熱流體同時進(jìn)入板換式換熱器與地埋管換熱器吸收熱量之后，然后再進(jìn)入熱泵機(jī)

6、組，載熱流體進(jìn)入板換和埋地盤管的比例分為多種情況，根據(jù)各種情況分析二者比例。LOGO 以揚州地區(qū)作為模擬地點，建筑物的設(shè)計熱負(fù)荷為10kw，在變工況條件條件下由清華大學(xué)開發(fā)的DEST能耗分析模擬軟件可以導(dǎo)出逐時氣象參數(shù)。3.聯(lián)合系統(tǒng)的效率LOGO4.地下土壤長期熱平衡問題及其解決方案在地源熱泵的長期運行中，由于各個地區(qū)氣候特點的不同，這主要表現(xiàn)在每年的取暖天數(shù)和供冷天數(shù)在不同地區(qū)有很大的差別，這將導(dǎo)致最終地下土壤溫度的升高或者降低。在北方地源熱泵經(jīng)過長年的運行后，將會導(dǎo)致土壤溫度降低，因為取暖季節(jié)很長而供冷時間很短；而南方地區(qū)卻相反。 這將導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)運行若干年后效率明顯下降，對地下生態(tài)環(huán)

7、境也可能造成一定的破壞。那么我們該怎么辦呢？那么我們該怎么辦呢？LOGO夏季夏季熱泵系統(tǒng)為建筑提供冷量的同時，將余熱蓄存于土壤；秋季秋季太陽能集熱器收集的太陽能也在土壤中蓄熱；冬季冬季熱泵將夏秋季土壤中的蓄熱取出，與太陽能集熱聯(lián)合供暖；春季春季土壤則處于自然恢復(fù)過程。LOGOPage 201.無限長線熱源模型由于U 型埋管的深度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉆孔的直徑，因而U 型埋管通常被近似看成是一個線熱源和線熱匯。將鉆孔近似為一無限長的圓柱，在孔壁處有一恒定熱流，鉆孔周圍土壤同樣被近似為無限大的傳熱介質(zhì)。埋有管子并與土壤進(jìn)行著熱交換的鉆孔，被近似地看作是置于半無限大介質(zhì)中的有限長的線熱源而進(jìn)行傳熱分析，該線熱

8、源的長度也就是鉆孔的深度。3.有限長線熱源模型2.無限長柱熱源模型土壤源熱泵的研究模型LOGO0306090 120 150 180 210 240 270 300 330 360-10-8-6-4-2024681012過余溫度/時間/天 深度1m 深度5m 深度52m土壤全年過余溫度動態(tài)變化特性土壤全年過余溫度動態(tài)變化特性LOGO5.經(jīng)濟(jì)性分析以某地區(qū)為例，太陽能提供25的熱量，太陽能的產(chǎn)熱量為250w/m2,目前太陽能熱水系統(tǒng)的造價大約為1000元/m2，這樣條件下太陽能地源熱泵聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的造價如下表所示。太陽能一地源熱泵的初投資明顯比單獨的地源熱泵系統(tǒng)高出很多，同時地源熱泵又比風(fēng)冷熱泵工程造價高出許多，總體上隨著功率增加增幅明顯。LOGOPage 23四.耦合系統(tǒng)的缺點(1)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，初投資較高。系統(tǒng)性能的可靠性、穩(wěn)定性有待于實驗進(jìn)一步驗證。其系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析要根據(jù)各地區(qū)的太陽能資源和土壤的熱物性條件、以及用戶熱負(fù)荷特點等各方面因素綜合考慮。此外該新系統(tǒng)增加投資的回收年限問題還需要具體的示范工程作進(jìn)一步的測算。(2)控制策略問題。本文設(shè)計成夏季太陽能與地源熱泵聯(lián)合供冷模式。但是控制策略不同，運行效果及經(jīng)濟(jì)性也必然不同。因此，夏季聯(lián)合供冷和單獨