完整版太阳能跨季节储热系统非供热季运行参数的试验与模拟毕业设计Word文档格式.docx

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热能与动力工程

题目：

太阳能跨季节储热系统非供热季运行参数的

试验与模拟

指导者：

王恩宇教授

评阅者：

2015年6月11日

毕业设计（论文）中文摘要

太阳能跨季节储热系统非供热季

运行参数的试验与模拟

摘要：

本文以河北工业大学某建成的太阳能辅助地源热泵为研究对象，在对太阳能跨季节储热系统实验研究的基础上，基于TRNSYS16模拟软件建立了太阳能跨季节储热系统非供热季的仿真模型。

本文对系统采集的3、4月份实验数据进行了研究分析，并重点对集热、储热过程的温度曲线，系统每天的集热量、储热量、集热效率、储热效率以及总效率进行对比分析。

并得出实验条件下的优选运行参数，为仿真模拟提供了指导作用。

通过调整系统参数，输入实测典型天的气象数据，将实验结果与模拟结果对比，得出集热量的相对误差为4.29%，储热量的相对误差为8.08%，验证了模型的正确性。

对系统进行模拟，把储热过程划分不同阶段，选择各阶段的典型天。

用单一变量的原则，不断改变各运行参数。

观察模拟结果，进而得出非供热季的最佳运行策略。

非供热季的最佳控制策略为：

初期集热启停运行参数为为6℃、3℃，储热启停运行参数为48℃、4℃，中期集热启停运行参数为为6℃、3℃，储热启停运行参数为40℃、4℃，末期集热启停运行参数为为12℃、3℃，储热启停运行参数为40℃、4℃。

关键词：

太阳能；

TRNSYS；

运行参数；

跨季节储热；

模型验证

毕业设计（论文）外文摘要

TitleExperimentalandsimulativeresearchontheoperatingparametersofsolarseasonalheatstoragesysteminon-heatingseason

Abstract：

Thispaper,takingabuiltinHebeiuniversityoftechnologyofsolarenergyauxiliarygroundsourceheatpumpastheresearchobject.OnthebasisofexperimentalstudyofSolarenergyacrosstheseasonalheatstoragesystem.BasedonTRNSYS16simulationsoftwaretobuildthesolarcrossseasonalheatstoragesystemsimulationmodelofthenon-heatingseason.

Inthispaper,thesystemofacquisitioninMarchandApriloftheexperimentaldataareanalyzed.Andthetemperaturecurveofheatcollectionandheatstorage,systemdailyquantityofheatcollectionandheatstorage,collectionandstoreheatefficiencyandtotalefficiencywereanalyzed.Itisconcludedthatundertheexperimentalconditionsofoptimizingoperationparameters,providesguidanceforthesimulation.

Byadjustingthesystemparameters,theinputmeasuredmeteorologicaldataoftypicalday,andcomparingtheresultoftheexperimentandsimulationresults,drawthattheheatcollectionrelativeerroris4.29%,therelativeerroroftheheatstoragefor8.08%.Sothesimulationmodelissuitable.Forsimulatingsystem,dividestheheataccumulationprocessatdifferentstages.Andselectdifferentstagesofthetypicalday.Withtheprincipleofsinglevariable,changetheoperationparametersconstantly.Byobservingthesimulationresults,concludesthattheoptimaloperationstrategyoftheNon-heatingseason.Intheearlystagesofthenon-heatingseason,itisconcludedthattheoptimaloperationparametersforheatcollectionstarttemperaturedifference6℃,stoptemperaturedifference3℃,heatstoragestarttemperature48℃andheatstoragestoptemperaturedifference4℃.Inthemiddlestagesofthenon-heatingseason,itisconcludedthattheoptimaloperationparametersforheatcollectionstarttemperaturedifference6℃,stoptemperaturedifference3℃,heatstoragestarttemperature40℃andheatstoragestoptemperaturedifference4℃.IntheendstagesoftheNon-heatingseason,itisconcludedthattheoptimaloperationparametersforheatcollectionstarttemperaturedifference12℃,stoptemperaturedifference3℃,heatstoragestarttemperature40℃andheatstoragestoptemperaturedifference4℃.

Keywords：

solarenergy；

TRNSYS；

operationparameters；

seasonalheatstorage；

modelvalidation

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1发展背景

能源是国民经济的重要基础，社会的进步和科技的发展都与之息息相关。

虽然我国的能源储量较为丰富，但是它的分布不均，东多西少，在地域上的利用受到了极大的限制。

而且资源利用率较低，人均占有量少，使得传统能源的储量越来越少。

如果人们不加节制的开采、滥用，总有一天，化石能源会枯竭，全球经济发展也会受到致命的冲击。

解决能源危机显得刻不容缓。

大力发展可再生能源是目前解决能源问题的有效方案。

而同时，建筑能耗在能源消耗中占得很大比例。

龙惟定教授经过分析得出，我国建筑能耗在总能耗中的比例大致应在20%左右，其中10～13%是采暖能耗，7～10%是其他能耗[1]。

清华建筑节能研究中心建立的建筑能耗模型数据也显示，2006年我国建筑总商品能源消耗占当年全社会一次能源消耗的23.1%[2]。

由这些数据，我们可以知道，要想降低整个社会的能源消耗，建筑节能必定占有一个非常重要的地位。

而将可再生能源应用到建筑上面，是新时期缓解能源危机的一个重要措施，将会推动全社会健康、持续的发展。

从而可再生能源中的地热能和太阳能在建筑上的利用受到越来越多的重视，但它们单独利用中都存在着很多缺点。

利用浅层地热能的地源热泵在运行过程中会随着使用年数的增加而导致地温逐渐降低，蒸发温度也会降低，从而使系统整体的性能系数下降。

太阳能利用过程中易受气候条件的影响，特别是晴天和阴天的太阳辐射量差别很大，对集热装置和蓄热装置的合理性设计提出了难题。

而且太阳能不易储存，造成大量太阳能资源的浪费。

因而人们对太阳能地源热泵联合使用技术的研究逐渐增多。

1.1.2课题研究的目的及意义

而近年来发展的新技术，太阳能地源热泵系统的跨季节蓄热，更是推动了可再生能源的利用。

因为太阳能资源分布均匀，在冬季的时候太阳辐射不是很强，但是在夏季的太阳辐射较强。

因此，把除冬季外的太阳能通过蓄热装置储存到土壤中，可以减小太阳能利用所受到的限制，降低系统的投资。

太阳能跨季节地源热泵系统的利用是有很多的优点，而一些实验和模拟研究也初步证明了系统运行的优越性，但是进一步探讨太阳能跨季节储热系统的运行策略也是有必要的。

本文针对太阳能跨季节系统非供热季进行研究，通过实验和模拟找到合适的运行参数，进一步提高太阳能的储热效率，使地温得到提升，进而使系统的蒸发温度提高，从而提高整体系统的性能系数，对建筑节能、缓解环境污染和推动社会经济发展都有重大意义。

1.2课题的研究现状

1.2.1国外研究现状

彭德罗在20世纪50年代提出组合埋地盘管和太阳能集热器的思想。

在60年代末，他又给出了包括整体的太阳能-地源热泵体系的设计过程[3]。

随着环境压力的增大和能源危机，太阳能地源热泵的利用技术受到越来越多人的重视。

特别是进入21世纪以来，应用和研究变得日益增多。

V.Badescu[4]对有储能设备的太阳能热泵供暖系统进行了模拟研究，系统中太阳能向压缩机供给工作能量。

加入储热设备使得能量的供给更加稳定。

同时初步的结果表明储能装置的尺寸大小对压缩机能量的供给有比较大的影响，并且储能装置对系统的稳定性也有利。

OnderOzgener[5]等对用于温室加热的太阳能辅助地源热泵系统进行了实验性能方面的研究，并且对这种系统的热力损失以及成本两者之间的关系做了进一步的调查。

Trillat-berdal[6]等对建立在180m2住宅中的太阳能地源热泵系统进行了TRNSYS研究模拟，同时对它进行了实验性能分析。

系统本身满足当地的供冷热需求和生活用水。

当水温达到一定的要求，剩下的太阳热量经过地埋向地下储存。

研究的结果表明：

系统有利于增长太阳能集热器的运行时间，防止太阳能集热器出现过热现象，有利于土壤保持平衡。

另外，结果得到在供暖模式的情况下，系统的热泵平均COP值达到3.75。

R.Yumrutas等[7]对具有季节性地下蓄能装置的太阳能热泵系统进行了分析研究。

并用编程分析计算了水箱水温的变化和地下土壤周围的温度场的变化。

土壤类型会对整个系统的性能和土壤的储热区域的温度场产生影响。

由这由这些发展历程可以看出，国外的研究较早，研究国外发展现状有助于我们对先进技术的把握