严寒地区跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统研究

土壤热失衡问题会导致热泵性能下降.为解决这一问题,以大庆市某办公建筑为例,利用瞬态系统模拟软件TRNSYS对跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统进行采暖及制冷10年的数值模拟.结果表明:太阳能-地源热泵系统其土壤初始温度降为4.50℃,而跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统的土壤温度升到6.63℃.同时,太阳能-地源热泵系统的热泵平均COP为3.2,跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统的热泵平均COP为3.28,同比上涨2.5%.此时总耗电量减少4.44%,全年运行费用降低了5.54%,费用年值减少了1 257.69元.由此可见,跨季节蓄热型太阳能-地源热泵系统不仅可以有效缓解土壤热失衡问题,还能提高寒区地源热泵的性能并且减少能耗,经济性能好.

太阳能跨季节蓄热和短期蓄热供热系统应用对比研究

将集中式系统小型化,尝试设计分布式供热系统。采用太阳能跨季节蓄热和太阳能短期蓄热分别对张家口市某一单体农户住宅进行采暖设计。对于两种蓄热方式分别选取合适的集热器面积,确定合适的蓄热水池体积。通过计算对比采用两种蓄热方式采暖的实用性与经济性。

严寒地区太阳能跨季节蓄热热泵系统研究

针对我国严寒地区冬季热负荷远大于夏季冷负荷导致的土壤热失衡问题,选取包头市某医院为对象,应用TRNSYS仿真软件分析太阳能跨季节蓄热土壤源热泵系统的性能。分析结果表明:跨季节蓄热系统运行10年内,土壤温度由10.00℃提升到10.68℃,太阳能-土壤源热泵复合系统的土壤温度下降至5.62℃。此时跨季节蓄热模式热泵机组的性能系数为3.25,同比上涨2.20%;供冷季热泵机组的性能系数为7.55,同比上涨0.13%。同时,总耗电量相较于复合系统减少11.54%。由此可见,太阳能跨季节蓄热模式不仅可以提高土壤源热泵制热性能系数,又能有效缓解土壤热失衡的现象,同时节约系统总耗电量。

太阳能土壤蓄热技术在寒冷地区户用沼气池增温中的应用研究

本研究旨在“双碳”政策目标下探索太阳能跨季节蓄热技术在寒冷地区农户家用沼气池增温方面的应用效果。通过将太阳能集热系统与沼气发酵装置相结合,将夏季的太阳能通过蓄热技术蓄存在地下土层,应用于冬季对沼气池进行增温,使沼气池始终保持适宜的发酵温度,稳定产气率。本文从太阳能跨季节蓄热技术、沼气增温系统原理及其系统设计方案入手,对太阳能资源的跨季节利用技术的应用进行研究,发现其能有效提高沼气池冬季产气率、改善农村人居环境,具有显著的经济价值。

太阳能跨季节蓄热增强土壤源热泵供暖系统建模与仿真研究

针对土壤源热泵在寒冷地区农业温室供暖时存在的土壤热失衡问题,文章基于TRNSYS软件,结合实验数据,开展了太阳能跨季节蓄热增强土壤源热泵供暖系统(SSTES-GSHP)建模与仿真研究。所构建的仿真模型各项能量数据计算误差大部分在±2.5%以内,土壤平均温度误差小于0.09℃;10 a长周期预测结果表明,该系统可以有效维持系统井群区域土壤热平衡;基于廊坊地区玻璃温室典型热负荷和土壤源热泵系统能效,建立了维持地温平衡的集热器面积匹配设计准则A/S=0.158+0.021COPG。文章可为我国北方地区农业清洁供暖提供技术参考和理论支撑。

严寒地区太阳能跨季节蓄热-地源热泵耦合系统性能研究

为提高可再生能源耦合供热系统的效果,以沈阳市某净零能耗建筑为背景,使用TRNSYS分析太阳能跨季节蓄热-地源热泵耦合系统的供热性能。分析结果表明:典型日太阳能跨季节蓄热-地源热泵耦合系统和太阳能-地源热泵耦合系统的地源热泵动态COP变化不大,保持在3.10,稳定性较好;当土壤蓄热体的初始温度为11.0℃,连续运行10年,太阳能跨季节蓄热模式下土壤平均温度下降了0.08℃;而太阳能辅助供热模式下土壤平均温度降低了1.94℃,此时太阳能辅助供热模式下地源热泵COP为3.47;太阳能跨季节蓄热模式下地源热泵COP为3.83,同比上涨10.37%。由此可见太阳能跨季节蓄热-地源热泵耦合系统不仅可以提高系统的性能系数,也可以有效解决严寒地区土壤冷堆积的问题。

分区串并联式太阳能-地源热泵跨季节蓄热组合系统性能研究

为获得较高的取热温差与换热效率,提高系统综合性能,提出一种将地埋管群分区串并联的SAGSHP组合系统。基于TRNSYS-18建立分区串并联式SAGSHP组合系统的物理模型,利用某分区串并联式SAGSHP组合系统集中供热工程一个蓄/取热周期内的运行情况验证了模型的准确性,并利用该模型模拟研究在不同串并联分区面积、不同蓄热量的情况下,系统土壤温度场、地源热泵进出口温度、短期蓄热水箱的平均温度变化情况,得到系统最佳设计串并联分区与蓄热量,同时与同规模下传统SAGSHP系统进行性能对比。研究表明,串联区与并联区面积比为1∶4,蓄热量为3∶2时,系统具有最佳的综合性能,在该设计参数下,系统SCOP可达5.2,较传统并联系统提高13.0%,较传统串联系统提高18.1%。且分区串并联的SAGSHP系统运行状况稳定,满足末端供暖设计温度。

应用于学校建筑的跨季节蓄热太阳能-土壤复合热泵系统运行特性试验研究

对在北京一所小学建立的跨季节蓄热太阳能-土壤复合热泵系统进行为期约一年的试验研究,重点分析太阳能集热系统的运行特性和土壤蓄放热效果,以及二者联合运行时对土壤热平衡的影响。结果表明,在现有运行策略下,太阳能蓄热水箱在过渡季、供热季和制冷季的进、出水温度呈现出不同的变化规律。试验期间,太阳能集热系统的净蓄热量为44 909.02 MJ。二者联合运行工况下,土壤吸排热的不平衡率由单一土壤源热泵的77.95%降低为67.69%,采用太阳能跨季节蓄热可以补充一部分热量,但无法完全解决土壤的热平衡问题,这是由本系统夏季实际运行时间过短、冬季实际运行时间过长造成的。

太阳能跨季节蓄热-地源热泵系统在近零能耗建筑与常规建筑中的对比分析

建立了太阳能跨季节蓄热-地源热泵系统,通过TRNSYS模拟分析在严寒地区近零能耗建筑和常规建筑中地源热泵运行下的土壤温度变化和太阳能补热效果的影响。结果表明,在严寒地区近零能耗建筑降低了建筑冷热负荷的差距,由此对于严寒地区近零能耗建筑的应用在夏季制冷提升土壤温度的效果比常规建筑更为显著,并且减少了地埋管的长度和太阳能补热面积。通过在严寒地区应用近零能耗建筑,同时在夏季辅以制冷模式的运用,只需较小的太阳能集热器面积就可以实现土壤热平衡。通过分析严寒地区地源热泵运行在近零能耗建筑与常规建筑中的热平衡,可对克服土壤冷堆积现象发挥更大的作用。

区域太阳能供暖集中式与分散式组合蓄热系统形式探讨

传统区域太阳能供暖系统通常采用集中式蓄热水体,往往难以兼顾由于供暖末端不同造成的热用户用热品位的差异,而以区域内高温用热末端的供水温度确定供暖系统水温,导致区域太阳能供暖系统运行温度偏高,从而造成集热系统效率低、蓄热和输送热损失大等问题。基于此,本文提出了区域太阳能供暖集中式与分散式组合蓄热系统,介绍了该系统的工作原理,分析了组合蓄热系统与传统蓄热系统的特征与区别,探讨了组合蓄热系统运行特性、分散水箱分布形式、容量设计与匹配、运行调控策略及综合效益评价等方面需研究的关键问题。

基于低谷电的太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统研究

为缓解北方冬季温室供暖能耗普遍偏高的问题,本工作以河北省某温室大棚为研究对象,以温室大棚现有的太阳能耦合地源热泵供暖系统为基础,利用TRNSYS软件搭建了基于低谷电驱动的太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统模型。对低谷电驱动下的系统运行进行研究,分析相变储热罐不同蓄热温度对系统供暖性能的影响,对地源热泵在农业温室供暖时存在的土壤热失衡问题进行研究,以及对太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统进行经济性分析。研究结果表明:在满足供暖需求时,相变储热罐的最佳蓄热温度为44.4℃,此时在整个供暖季低谷电利用率达到98%以上;在系统运行10年的情况下,太阳能耦合地源热泵供暖系统地埋管向土壤蓄热量比地埋管向土壤取热量少47232 kWh,太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统地埋管累计向土壤蓄热量比地埋管累计向土壤取热量多4487 kWh,太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统可以更好地保持土壤温度的平衡;太阳能耦合地源热泵供暖系统运行15年花费76095元,而太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统运行15年花费35516元,运行成本相比太阳能耦合地源热泵供暖系统减少了53%;太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统和太阳能耦合地源热泵供暖系统综合费用年值分别为10890元和11920元,综合费用年值相比太阳能耦合地源热泵供暖系统减少了8%,太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统具有更好的经济效益。

夏热冬冷地区土壤源热泵跨季节土壤蓄冷特性实验研究

为解决夏热冬冷地区土壤源热泵系统的土壤热失衡问题、提高系统运行效率,提出利用室外风机盘管将冬季或过渡季室外空气中的冷量存储于土壤中的跨季节土壤蓄冷方法。搭建了地埋管换热系统的相似模型实验台,进行了土壤源热泵系统的供冷、供暖、蓄冷实验,并将系统中的地埋管分成两组,在供暖后期同时运行供暖和蓄冷工况,研究跨季节土壤蓄冷的运行效果。研究显示:在全年周期实验中,有蓄冷实验和无蓄冷实验的土壤平均温度分别上升0.25℃和0.99℃;经过供暖工况和蓄冷工况,无分组蓄冷实验和有分组蓄冷实验的土壤平均温度分别下降2.60℃和2.84℃。研究结果表明:跨季节土壤蓄冷可有效降低土壤温度,减小土壤源热泵系统全年运行后的土壤温升,缓解长期运行时的土壤热堆积问题,有利于夏季供冷工况的运行;在供暖后期进行土壤蓄冷,可在不影响供暖效果的同时,进一步降低土壤温度,提高蓄冷效率和蓄冷量。

严寒地区太阳能—季节性土壤蓄热热泵供暖系统的模拟研究

为了缓解在严寒地区长期应用土壤源热泵系统(GSHP)进行供暖所出现的系统供暖性能系数逐渐降低、出力不足等问题,同时考虑到冬夏太阳能资源的不均匀性,着重介绍了太阳能季节性土壤蓄热热泵供暖系统(SAG- SHP)以及系统冬、夏两季的主要运行模式,并建立了系统各个部分的数学模型,确定了系统各运行模式的转换条件。在上述基础上,分别对SAGSHP和GSHP供暖系统进行了瞬态数值模拟,并对比分析了这两个系统的全年运行特性。由分析可知,SAGSHP能保持土壤温度场以年为周期的热平衡,同时可以提高系统的供暖性能系数以及供暖可靠性。

跨季节蓄热太阳能集中供热系统的仿真分析

以天津市某一拟建工程项目为背景,应用TRNSYS(Version 16)软件对系统的长期运行特性进行了模拟,并分析了集热器面积-水箱体积比(A/V)对系统运行的影响;为比较准确地评估系统的蓄热能力,还提出了CSHPSS蓄热效率这一概念,并计算出系统在天津气候条件下A/V为0.2时的蓄热效率值和变化趋势;为分析国内不同气候条件对系统的影响,对同样系统在天津和沈阳两地的太阳能保证率进行了对比。通过系统仿真,得出天津市是比较适宜建设CSHPSS的地区,通过埋地水箱进行跨季节蓄热,在A/V比在0.1～0.4范围内,系统的太阳能保证率在运行的第2年即可达到31%～54%。

太阳能-土壤源热泵相变蓄热供暖系统运行模式

介绍了太阳能-土壤源热泵相变蓄热供暖系统;详细阐述了系统的各个运行模式;确定了模式间的转换条件。选取了供暖期间具有代表性的数据,分析了系统在不同供暖时期、典型天气的运行模式及运行效果。系统采用了太阳能和土壤热能的复合热源,增加了运行的灵活性,提高了运行性能系数。

较大规模集中式住区级跨季节蓄热型太阳能供热系统参数研究

建筑供暖面积、集热器面积、蓄热水箱容积等系统参数的确定是跨季节蓄热太阳能供热系统的关键。通过对虚拟案例的计算分析,初步得出了这些参数的取值范围,为较大规模跨季节蓄热型太阳能供热系统的设计和建设提供基本选型条件。

潜热蓄热对太阳能-土壤源热泵系统影响

为提高太阳能-土壤源热泵系统在整个供暖期性能系数,提出带有潜热蓄热装置的太阳能-土壤源热泵供暖系统,并对该系统在哈尔滨地区的运行特性进行动态数值模拟,分析潜热蓄热装置对系统在整个供暖期运行性能的影响.由模拟分析可知,相变蓄热装置在系统的运行中起到重要的作用,使整个系统的运行更加灵活、高效、稳定.系统在整个供暖季的平均供暖性能系数为3.82,在供暖季的前期和末期,系统的日平均供暖性能系数较高,最高可达12.89.

跨季节蓄热太阳能供热系统的技术进展

跨季节蓄热太阳能系统可为区域建筑提供生活热水用热和冬季采暖用热,供热量可占用户热量总需求的一半以上,欧美等国已经建成多个实际工程。介绍了跨季节蓄热太阳能集中供热系统及四种蓄热装置,给出了太阳能供热系统的评价指标,总结了国内该领域的研究现状,提出进一步有待研究的问题。

太阳能相变蓄热复合土壤源热泵系统的研究

叙述了以太阳能相变蓄热装置蓄热,且与蒸发器进口处换热的辅助热泵系统,用20号蓄热专用石蜡,通过板式换热器与蒸发器进水管进行热量传递的实验。指出,利用太阳能集热器在白天升高蒸发器侧的温度提高热泵效率,利用储存在蓄热装置中的热量夜晚可对蒸发器的进水增温,以此实现太阳能相变蓄热装置与复合土壤源热泵系统的良好结合,提高整个系统的供热效率。

跨季节蓄热太阳能-土壤复合热泵系统模拟研究

运用FLUENT模拟软件,以北京市某小学采用跨季节蓄热太阳能-土壤复合热泵系统的示范项目为基础原型,采用正交模拟试验方法模拟分析集热面积、地埋管间距、土壤容积比热容、土壤综合导热系数和土壤温度等因素对系统使用效果的影响,采用极差分析和方差分析方法对模拟结果进行分析,确定主要参数对结果的影响情况及影响趋势。结果表明:太阳能集热器面积和土壤初始温度对于跨季节蓄热太阳能-土壤复合热泵系统运行时的土壤温度场影响较大,土壤综合导热系数与土壤容积比热容对土壤温度场的影响在一定范围内存在互补性。