青海地区太阳能地下水源热泵复合系统供热特性研究

摘要

为了响应节能，环保，低碳的号召，太阳能技术和地源热泵技术在我国以及世界其他地域被广泛应用。本文提出一种太阳能和地下水源热泵相结合的系统即太阳能地下水源热泵复合系统。对太阳能地下水源热泵复合系统供热的3种运行模式进行了理论分析。以实际工程案例为依托，通过充分利用青海地区丰富的太阳能和浅层地热能可再生清洁能源，运用相应的技术对当地生活小区原有的天然气壁挂炉供暖系统进行改造。减少对一次性能源的依赖和消耗，达到打造节能环保绿色小区的示范效应目的。通过对项目的运行可监测的基础上获得系统运行数据，为大面积推广使用提供技术依据。对实际工程应用有一定参考价值。
　　首先，本文分别简述了太阳能技术和地下水源热泵技术的发展与应用。
　　其次，分别介绍了太阳能集热系统、地下水热交换系统、热泵机组和室内末端系统四部分，它们构成了整个太阳能地下水源热泵复合供暖系统。简单分析了太阳能地下水源热泵复合系统的3种运行模式。再逐一介绍了太阳能的特点、太阳辐射的计算和真空管集热器性能分析。针对3种运行模式分别建立了太阳能真空管集热系统模型和蓄热水箱分析模型。对太阳能水源热泵系统的运行模式进行理论分析。
　　再次，结合实际工程对太阳能地下水源热泵复合系统供热的设计要点进行说明。概述了整个供热系统的基本组成，计算了实际工程建筑的围护结构耗热量，根据建筑物所需耗热量确定了太阳能集热器的面积、蓄热水箱容积与热泵机组选型。通过对集热系统的监测及数据计算，得出了该系统的太阳能保证率。由此所测得的数据可以对原设计进行优化。然后针对太阳能地下水源热泵供热系统3种运行模式进行跟踪监测，详细分析了系统在不同工况下的运行特性。
　　最后，对太阳能水源热泵复合供暖系统的经济性和节能环保效益进行分析。从系统初投资进行计算分析，对比了太阳能地下水源热泵系统、天然气壁挂炉、燃煤锅炉几种当地常见供热系统的运行费用和环保效益，最终证明了这种系统在青海地区具有良好的适用性和推广价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题的国内外发展现状

1．2．1 地下水源热泵的国内外发展现状

1．2．2 太阳能的国内外发展现状

1．3 课题研究的主要内容

第2章 太阳能地下水源热泵复合系统

2．1 系统的结构组成和工作原理

2．1．1 热泵系统

2．1．2 太阳能采暖系统

2．2 系统的运行模式

2．2．1 太阳能直接供暖模式

2．2．2 太阳能地下水源热泵串联供暖模式

2．2．3 太阳能水源热泵交替运行模式

2．3 本章小结

第3章 太阳能水源热泵系统理论分析

3．1 太阳辐射的计算

3．1．1 太阳辐射有关角度的计算

3．1．2 太阳辐射的计算

3．2 太阳能集热器性能分析

3．2．1 太阳能集热器的分类

3．2．2 真空管太阳能集热器

3．2．3 全玻璃真空管太阳能集热器传热过程分析

3．2．4 全玻璃真空管太阳能集热器的总热损失

3．3 太阳能蓄热系统

3．3．1 太阳能的蓄热方式

3．3．2 蓄热水箱数学模型

3．4 系统运行模式理论分析

3．4．1 太阳能独立供热模式

3．4．2 太阳能水源热泵系统串联供热模式

3．4．3 太阳能水源热泵系统交替供暖模式

3．5 本章小结

第4章 应用工程实例

4．1 工程概况及设计要求

4．2 建筑负荷计算

4．2．1 室内设计温度的计算

4．2．2 室外设计温度的确定

4．2．3 围护结构耗热量

4．2．4 冷风渗透热损失

4．2．5 地面传热损失

4．3 集热系统设计

4．3．1 集热器选型

4．3．2 集热器面积确定

4．3．3 集热器的设计流量

4．3．4 蓄热系统

4．3．5 集热器保护措施

4．4 地下水源热泵系统设计

4．4．1 水文地质条件

4．4．2 系统需水量计算

4．4．3 地下水热交换系统

4．4．4 水源热泵机房设备系统设计

4．4．5 室内末端系统设计

4．5 控制系统

4．6 太阳能集热系统性能测试

4．6．1 测试期间室外气象条件

4．6．2 测试对象与范围

4．6．3 检测项目

4．6．4 仪器设备

4．6．5 采暖季检测方法与数据处理

4．6．6 检测结果

4．7 复合系统运行特性研究

4．7．1 太阳能直接供热模式

4．7．2 太阳能地下水源热泵串联运行模式

4．7．3 太阳能地下水源热泵交替运行模式

4．8 本章小结

第5章 系统的经济性及节能环保效益分析

5．1 系统经济性分析

5．2 系统环境效益评估

5．3 工程实例比较

5．3．1 初投资比较

5．3．2 运行费用及环境影响对比

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介及攻读硕士学位期间发表的论文