太陽(yáng)能與地源熱泵耦合系統(tǒng)課件

姓名：學(xué)號(hào)：1403210393太陽(yáng)能與土壤源熱泵耦合系統(tǒng)太陽(yáng)能與土壤源熱泵耦合系統(tǒng)西安建筑科技大學(xué)環(huán)境學(xué)院劉俊杰姓名：太陽(yáng)能與土壤源熱泵耦合系統(tǒng)太陽(yáng)能與土壤源熱泵耦合系統(tǒng)西陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)Page

3目錄土壤源熱泵1

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)2太陽(yáng)能與土壤源熱泵耦合系統(tǒng)34耦合系統(tǒng)的缺點(diǎn)Page3目錄土壤源熱泵1Page

4一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置。1空氣源熱泵土壤源熱泵水源熱泵23熱泵一.土壤源熱泵123水平埋管式垂直埋管式螺旋埋管式Page4一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置。1Page

5土壤源熱泵的優(yōu)點(diǎn)高效節(jié)能可再生性和應(yīng)用的廣泛性清潔環(huán)保地源熱泵系統(tǒng)的能量來源-地球表面淺層，是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了約47%的太陽(yáng)能量，其儲(chǔ)存規(guī)模遠(yuǎn)超人類每年所需能量的總和。且太陽(yáng)能本身就是一種可再生能源，使得地層儲(chǔ)存能也具備可再生性和可持續(xù)性。由于地源熱泵利用儲(chǔ)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。Page5土壤源熱泵的優(yōu)點(diǎn)高效節(jié)能可再生性和應(yīng)用的廣泛Page

62土壤源熱泵的缺點(diǎn)13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(diǎn)了嗎？土壤源熱泵的缺點(diǎn)換熱問題Page62土壤源熱泵的缺點(diǎn)13土壤周期性平衡問題經(jīng)濟(jì)Page

7利用太陽(yáng)能集熱器，收集太陽(yáng)輻射能把水加熱的一種裝置。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)二.太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器蓄熱水箱系統(tǒng)類型Page7利用太陽(yáng)能集熱器，收集太陽(yáng)輻射太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)1.太陽(yáng)能集熱器企業(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1.太陽(yáng)能集熱器企業(yè)標(biāo)志平板集熱器全玻璃真空管器u型管真空管2.太陽(yáng)能系統(tǒng)蓄熱水箱NOTE蓄熱水箱容積應(yīng)該根據(jù)集熱器的尺寸、當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射情況來確定。水箱與集熱器的配比必須恰當(dāng)。太陽(yáng)能儲(chǔ)水箱與集熱器配比課參照上表。2.太陽(yáng)能系統(tǒng)蓄熱水箱NOTE蓄熱水箱容積應(yīng)該根據(jù)集熱器的尺強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)直流式系統(tǒng)??:???????3.太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)類型強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)直流式系統(tǒng)??:???????3Page

11太陽(yáng)能的缺點(diǎn)1.分散性:雖然地球表面接收到的太陽(yáng)能輻射總量較大，但是太陽(yáng)能的能流密度很低。2.太陽(yáng)輻射存在很大的間歇性和不穩(wěn)定性問題。Page11太陽(yáng)能的缺點(diǎn)1.分散性:雖然地球表面接收能源現(xiàn)狀：但中國(guó)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?jī)H為十分之一。歷史前沿：1940至今人類探索的腳步從未停歇研究的意義：對(duì)建筑節(jié)能和改善我國(guó)能源現(xiàn)狀有著重大的意義三、太陽(yáng)能與土壤源熱泵耦合系統(tǒng)能源現(xiàn)狀：歷史前沿：研究的意義：三、太陽(yáng)能與土壤源熱泵耦合系Page

13地源熱泵的特點(diǎn)太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性和間歇性的缺陷，土壤熱源可以彌補(bǔ)單獨(dú)采用太陽(yáng)能不能在夜間和陰雨天運(yùn)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(duì)于整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的效率影響很大，同時(shí)也會(huì)破壞地下生態(tài)平衡。加入太陽(yáng)能后，地源熱泵在供暖季運(yùn)行時(shí)，土壤溫度的波動(dòng)相對(duì)會(huì)變小，這樣熱泵機(jī)組本身就可以具有較高的效率，太陽(yáng)能對(duì)機(jī)組的效率提升很有幫助。太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性和間歇性的缺陷，土壤熱源可以彌補(bǔ)單獨(dú)采用太陽(yáng)能不能在夜間和陰雨天運(yùn)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(duì)于整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的效率影響很大，同時(shí)也會(huì)破壞地下生態(tài)平衡。加入太陽(yáng)能后，地源熱泵在供暖季運(yùn)行時(shí)，土壤溫度的波動(dòng)相對(duì)會(huì)變小，這樣熱泵機(jī)組本身就可以具有較高的效率，太陽(yáng)能對(duì)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(bǔ)Page13地源熱泵的特點(diǎn)太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性和間歇性的聯(lián)合系統(tǒng)原理圖聯(lián)合系統(tǒng)原理圖1.串聯(lián)運(yùn)行模式:板式換熱器(連接太陽(yáng)能蓄熱水箱)與地埋管換熱器聯(lián)合運(yùn)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(shí)，水箱內(nèi)溫度較低則單獨(dú)采用土壤源熱泵供暖。2.聯(lián)合系統(tǒng)的運(yùn)行模式1.串聯(lián)運(yùn)行模式:板式換熱器(連接太陽(yáng)能蓄熱水箱)與地埋管換2.并聯(lián)運(yùn)行模式:板式換熱器與埋地管換熱器并聯(lián)運(yùn)行，即載熱流體同時(shí)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)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。2.并聯(lián)運(yùn)行模式:板式換熱器與埋地管換熱器并聯(lián)運(yùn)行，即載熱流以揚(yáng)州地區(qū)作為模擬地點(diǎn)，建筑物的設(shè)計(jì)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(shí)氣象參數(shù)。3.聯(lián)合系統(tǒng)的效率以揚(yáng)州地區(qū)作為模擬地點(diǎn)，建筑物的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為10kw，在變4.地下土壤長(zhǎng)期熱平衡問題及其解決方案在地源熱泵的長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于各個(gè)地區(qū)氣候特點(diǎn)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(zhǎng)年的運(yùn)行后，將會(huì)導(dǎo)致土壤溫度降低，因?yàn)槿∨竟?jié)很長(zhǎng)而供冷時(shí)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(yùn)行若干年后效率明顯下降，對(duì)地下生態(tài)環(huán)境也可能造成一定的破壞。那么我們?cè)撛趺崔k呢？？？那么我們?cè)撛趺崔k呢？？？4.地下土壤長(zhǎng)期熱平衡問題及其解決方案在地源熱泵的長(zhǎng)期運(yùn)行中太陽(yáng)能季節(jié)性土壤蓄熱夏季熱泵系統(tǒng)為建筑提供冷量的同時(shí)，將余熱蓄存于土壤；秋季太陽(yáng)能集熱器收集的太陽(yáng)能也在土壤中蓄熱；冬季熱泵將夏秋季土壤中的蓄熱取出，與太陽(yáng)能集熱聯(lián)合供暖；春季土壤則處于自然恢復(fù)過程。太陽(yáng)能季節(jié)性土壤蓄熱夏季熱泵系統(tǒng)為建筑提供冷量的同時(shí)，將余熱Page

201.無限長(zhǎng)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(gè)線熱源和線熱匯。將鉆孔近似為一無限長(zhǎng)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(zhǎng)的線熱源而進(jìn)行傳熱分析，該線熱源的長(zhǎng)度也就是鉆孔的深度。3.有限長(zhǎng)線熱源模型2.無限長(zhǎng)柱熱源模型土壤源熱泵的研究模型Page201.無限長(zhǎng)線由于U型埋管的深度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土壤全年過余溫度動(dòng)態(tài)變化特性土壤全年過余溫度動(dòng)態(tài)變化特性5.經(jīng)濟(jì)性分析``以某地區(qū)為例，太陽(yáng)能提供25％的熱量，太陽(yáng)能的產(chǎn)熱量為250w/m2,目前太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的造價(jià)大約為1000元/m2，這樣條件下太陽(yáng)能～地源熱泵聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的造價(jià)如下表所示。太陽(yáng)能一地源熱泵的初投資明顯比單獨(dú)的地源熱泵系統(tǒng)高出很多，同時(shí)地源熱泵又比風(fēng)冷熱泵工程造價(jià)高出許多，總體上隨著功率增加增幅明顯。5.經(jīng)濟(jì)性分析以某地區(qū)為例，太陽(yáng)能提供25％的熱量，太陽(yáng)能的Page

23四.耦合系統(tǒng)的缺點(diǎn)(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(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。其系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析要根據(jù)各地區(qū)的太陽(yáng)能資源和土壤的熱物性條件、以及用戶熱負(fù)荷特點(diǎn)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(cè)算。(2)控制策略問題。本文設(shè)計(jì)成夏季太陽(yáng)能與地源熱泵聯(lián)合供冷模式。但是控制策略不同，運(yùn)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(dú)采用地源熱泵供冷兩種方案的優(yōu)劣，必須針對(duì)不同的氣候條件和地質(zhì)條件做出相應(yīng)的研究，找出最佳的控制