太阳能及地源热泵耦合系统

1、姓名： 学号：1403210393西安建筑科技大学 环境学院刘俊杰阳光动力2号LOGOPage 3 目录土壤源热泵1 太阳能集热系统2太阳能与土壤源热泵耦合系统34耦合系统的缺点LOGOPage 4一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置。一.土壤源热泵LOGOPage 5土壤源热泵的优点土壤源热泵的优点地源热泵系统的能量来源-地球表面浅层，是一个巨大的太阳能集热器，收集了约47%的太阳能量，其储存规模远超人类每年所需能量的总和。且太阳能本身就是一种可再生能源，使得地层储存能也具备可再生性和可持续性。由于地源热泵利用储存在大地中的能源，它具有其他能源无可比拟的稳定性，其一年四季变化较小。大地温

2、度冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低,，是极好的冷热源。传统的热源都具有在燃烧过程中，其不可避免的产生各种废气，或者CO，CO2等温室气体。而地源热泵其工作过程仅仅是利用制冷循环中蒸发器和冷凝器的功能转换原理。LOGOPage 6土壤周期性平衡问题经济性问题难道土壤源热泵就没有缺点了吗？土壤源热泵的缺点土壤源热泵的缺点换热问题LOGOPage 7利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置。太阳能集热系统二.太阳能集热系统太阳能集热器蓄热水箱系统类型LOGO1.太阳能集热器企业标志企业标志平板集热器全玻璃真空管器u型管真空管集热器热管真空管集热器LOGO2.太阳能系统蓄热水箱NO

3、TEl 蓄热水箱容积应该根据集热器的尺寸、当地太阳辐射 情况来确定。l 水箱与集热器的配比必须恰当。l 太阳能储水箱与集热器配比课参照上表。LOGO强制循环系统强制循环系统自然循环系统自然循环系统直流式系统直流式系统: 3.太阳能热水系统类型LOGOPage 111. 分散性:虽然地球表面接收到的太阳能辐射总量较大，但是太阳能的能流密度很低。2.太阳辐射存在很大的间歇性和不稳定性问题。能源现状：但中国人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油占有量仅为十分之一。历史前沿：历史前沿：1940至今人类探索的脚步从未停歇研究的意义：研究的意义：对建筑节能和改善我国能源现状有着重大的意义三、三、太

4、阳能与土壤源热泵耦合系统LOGOPage 13太阳能具有不稳定性和间歇性的缺陷，土壤热源可以弥补单独采用太阳能不能在夜间和阴雨天运行的弊端。而寒冷地区建筑热负荷较大，容易造成地下土壤温度的失衡，这种土壤温度的失衡对于整个地源热泵系统的效率影响很大，同时也会破坏地下生态平衡。加入太阳能后，地源热泵在供暖季运行时，土壤温度的波动相对会变小，这样热泵机组本身就可以具有较高的效率，太阳能对机组的效率提升很有帮助。 太阳能具有不稳定性和间歇性的缺陷，土壤热源可以弥补单独采用太阳能不能在夜间和阴雨天运行的弊端。 寒冷地区建筑热负荷较大，容易造成地下土壤温度的失衡，这种土壤温度的失衡对于整个地源热泵系统的效

5、率影响很大，同时也会破坏地下生态平衡。加入太阳能后，地源热泵在供暖季运行时，土壤温度的波动相对会变小，这样热泵机组本身就可以具有较高的效率，太阳能对机组的效率提升很有帮助。1.联合系统的优劣互补LOGO联合系统原理图LOGO1.串联运行模式:板式换热器(连接太阳能蓄热水箱)与地埋管换热器联合运行，载热流体可以先经过板换再经过地埋管换热器或者先经过地埋管换热器再进入板换，然后再进入热泵机组;当夜晚或者阴天时，水箱内温度较低则单独采用土壤源热泵供暖。2.联合系统的运行模式LOGO2.并联运行模式:板式换热器与埋地管换热器并联运行，即载热流体同时进入板换式换热器与地埋管换热器吸收热量之后，然后再进入

6、热泵机组，载热流体进入板换和埋地盘管的比例分为多种情况，根据各种情况分析二者比例。LOGO 以扬州地区作为模拟地点，建筑物的设计热负荷为10kw，在变工况条件条件下由清华大学开发的DEST能耗分析模拟软件可以导出逐时气象参数。3.联合系统的效率LOGO4.地下土壤长期热平衡问题及其解决方案在地源热泵的长期运行中，由于各个地区气候特点的不同，这主要表现在每年的取暖天数和供冷天数在不同地区有很大的差别，这将导致最终地下土壤温度的升高或者降低。在北方地源热泵经过长年的运行后，将会导致土壤温度降低，因为取暖季节很长而供冷时间很短；而南方地区却相反。 这将导致地源热泵系统运行若干年后效率明显下降，对地下

7、生态环境也可能造成一定的破坏。那么我们该怎么办呢？那么我们该怎么办呢？LOGO夏季夏季热泵系统为建筑提供冷量的同时，将余热蓄存于土壤；秋季秋季太阳能集热器收集的太阳能也在土壤中蓄热；冬季冬季热泵将夏秋季土壤中的蓄热取出，与太阳能集热联合供暖；春季春季土壤则处于自然恢复过程。LOGOPage 201.无限长线热源模型由于U 型埋管的深度都远远大于钻孔的直径，因而U 型埋管通常被近似看成是一个线热源和线热汇。将钻孔近似为一无限长的圆柱，在孔壁处有一恒定热流，钻孔周围土壤同样被近似为无限大的传热介质。埋有管子并与土壤进行着热交换的钻孔，被近似地看作是置于半无限大介质中的有限长的线热源而进行传热分析，

8、该线热源的长度也就是钻孔的深度。3.有限长线热源模型2.无限长柱热源模型土壤源热泵的研究模型LOGO0306090120 150 180 210 240 270 300 330 360-10-8-6-4-2024681012过余温度/时间/天 深度1m 深度5m 深度52m土壤全年过余温度动态变化特性土壤全年过余温度动态变化特性LOGO5.经济性分析以某地区为例，太阳能提供25的热量，太阳能的产热量为250w/m2,目前太阳能热水系统的造价大约为1000元/m2，这样条件下太阳能地源热泵联合循环系统的造价如下表所示。太阳能一地源热泵的初投资明显比单独的地源热泵系统高出很多，同时地源热泵又比风冷热泵工程造价高出许多，总体上随着功率增加增幅明显。LOGOPage 23四.耦合系统的缺点(1)该系统结构复杂，初投资较高。系统性能的可靠性、稳定性有待于实验进一步验证。其系统的经济性分析要根据各地区的太阳能资源和土壤的热物性条件、以及用户热负荷特点等各方面因素综合考虑。此外该新系统增加投资的回收年限问题还需要具体的示范工程作进一步的测算。(2)控制策略问题。本文设计成夏季太阳能与地源热泵联合供冷模式。但是控制策略不同，运行效果及经济性也必然不同。因此，夏季联合供冷和单独