复合式地源热泵系统在夏热冬冷地区的应用及性能研究

摘要

全球经济飞速发展，能耗不断增大，环境日益恶化，建筑能耗占了相当大的比重，而空调制冷行业作为一个能耗大户，节能与环保无疑是制冷行业永远的基调。近几年来，地源热泵技术发展迅速，一方面地源能作为可再生能源，另一方面地源热泵有着高效、节能、环保的特点，促使这种热泵技术在国内外得到了广泛的研究和应用。但是由于在一些特殊气候地区、不同功能的建筑的情况下冷热负荷比例悬殊，制冷制热量所需不同，因此容易导致土壤热不平衡问题，这个问题也是地源热泵技术亟需解决的重要问题之一。
　　在夏热冬冷气候地区，夏季的冷负荷远远大于冬季热负荷，这就导致土壤的热堆积问题，可以利用辅助冷却的方式进行辅助散热来保持土壤热平衡。本文介绍了两种辅助冷却的复合式地源热泵系统，即：冷却塔与地源热泵复合式系统和冷水机组与地源热泵复合式系统，并对其进行研究。
　　以江南地区城市——镇江为例，研究一栋典型的办公大楼，利用热流平衡法的原理计算了该建筑全年逐时负荷，并分析了全年动态负荷的特点，根据计算负荷，对复合式地源热泵系统和机组进行设计。对于冷水机组的复合式系统引入负荷率，按照50％负荷率分别分配给热泵机组和冷水机组。根据模块化分析软件TRNSYS里面的模块，建立常规和复合式地源热泵系统的组成部分、主要模块的数学模型及系统的数学模型，采用时间控制和温度控制方法，并利用该软件建立仿真模型，仿真模拟为期十年的热泵机组和系统运行情况。
　　最后对比分析了常规地源热泵系统和复合式地源热泵系统的土壤热平衡情况、地埋管进出口温度、机组和系统的运行性能以及能耗。对于常规地源热泵系统，运行十年后导致土壤温度迅猛升高，热不平衡问题严重，对于夏热冬冷地区是不适用的。与联合冷却塔运行的地源热泵复合式系统相比，联合冷水机组运行的地源热泵复合式系统土壤热平衡更好，系统能耗更低，运行更稳定高效。从而通过本文的研究，对于夏热冬冷地区的典型办公大楼，获得一种更加适用、优化的设计方案。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及其意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题的主要研究内容及创新点

1.4 本章小结

第2章 复合式地源热泵系统

2.1 常规地源热泵空调系统

2.2 复合式地源热泵系统

2.3 本章小结

第3章 江南典型办公大楼全年动态负荷特性研究

3.1 TRNSYS模拟软件简介

3.2 项目概况

3.3 镇江地区气候特征

3.4 设计依据

3.5 建筑全年动态负荷建模与仿真

3.6 建筑全年动态负荷模拟结果

3.7 本章小结

第4章 复合式地源热泵系统的设计

4.1 地埋管换热器的设计

4.2 热泵机组的选型设计

4.3 水泵的选型计算

4.4 冷却塔的选型计算

4.5 冷水机组的选型计算

4.6 复合式地源热泵系统控制策略设计

4.7 本章小结

第5章 复合式地源热泵系统的建模与仿真

5.1 主要模块的数学模型

5.2 系统仿真模型

5.3本章小结

第6章 系统模拟结果及对比分析

6.1 土壤温度对比分析

6.2 地埋管进出口水温

6.3 系统性能对比分析

6.4 系统能耗对比分析

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和专利

致谢