太阳能与土壤源互补特性的实验研究

基于太阳能与土壤源的互补特性,建立了兼具实验研究和示范使用两种功能的太阳能-土壤源复合热泵系统。利用初步的实验运行结果,分析了跨季蓄热和即时采暖过程中太阳能与土壤源的互补情况。结果表明,蓄热结束时,埋管井和观测井不但恢复了初始平均温度,而且还分别比初始平均温度超出了0.73℃和0.8℃。在土壤源的配合或保证下,冬季太阳能产生的不同温度层次的热量完全可以即时利用于采暖,避免了太阳能的不稳定性,减轻了土壤源的取热负担,也体现了比较明显的节能效果。     

太阳能热泵蓄热系统的实验研究

文章介绍了带有相变蓄热水箱的太阳能热泵系统的运行实验。该系统是在原有的太阳能一土壤源热泵的基础上通过增加一个蓄热装置建立起来,包含太阳能集热器、相变蓄热水箱、双热源（太阳能和土壤）热泵以及末端装置（风机盘管）四个主要部分实验在供暖期末期进行,在整个实验阶段,系统供暖满足率为0．6,平均供热COP达到6.5。     

严寒地区太阳能-地源热泵与热网互补供暖的部件匹配性

以沈阳某小区的一栋单体建筑为研究对象,利用TRNSYS软件建立了太阳能-地源热泵与热网互补供暖仿真模型,研究了太阳能-地源热泵与热网之间的互补性和太阳能集热器、蓄热水箱及地埋管之间的匹配性。结果表明,在供暖中期,热网投入运行后,经过热网换热后的供水温度明显提高,热泵冷凝器出水平均温度为49℃,换热后的平均温度为53℃,可以满足末端要求。在相同供热量下,太阳能集热器面积每增加1m2,地埋管长度可相应减少约5.6m;热网系统循环水量每增加1m3/h,地埋管长度可减少约50m;太阳能短期蓄热系统中,蓄热水箱容积与太阳能集热器面积的匹配关系为60~80L/m2时,水箱的蓄热效率最高。     

带蓄热装置的太阳能水源热泵地板辐射供暖系统性能初探

为了更充分利用太阳能为房间供暖,提出了带蓄热装置的太阳能水源热泵地板辐射供暖系统。本系统利用了可再生能源-太阳能,同时使用蓄热装置尽可能充分利用太阳能热量;地板辐射供暖装置的使用,可在提高用户热舒适度的前提下,使用较低温度的热水供热。通过北方寒区某实验室的实验与动态模拟计算,得到系统的冬季动态运行性能,并对该系统的经济性能进行了计算研究,整个采暖期内热泵的平均COP达4.78。     

太阳能联合复叠热泵系统在寒冷地区的应用研究与分析

为了提高太阳能热泵系统在低温环境下的供热性能,本文针对高原高寒地区设计了一种太阳能联合复叠热泵采暖系统,太阳能集热系统产生的热量可作为热泵系统的低温热源,热泵系统既可复叠运行,又可独立运行,根据实际运行工况自动调节。在通辽市对研制的系统进行了实验研究和分析,结果表明:测试期间该供暖系统可产生平均温度为39.47℃的热水,可维持室内温度在18.6℃～22.8℃之间,系统平均COP为2.66,平均节能率可达65.2%,太阳能热泵采暖相对燃煤锅炉采暖和电锅炉采暖年节钱量分别可达3.87万元和4.18万元。系统整体运行稳定,节能效果显著,可为太阳能热泵供暖技术在寒冷地区的推广应用提供借鉴。     

严寒地区太阳能-地埋管地源热泵系统耦合性能研究

为解决严寒地区采用地埋管地源热泵系统供暖引起的土壤热失衡问题,以太阳能辅助地埋管地源热泵耦合系统为研究对象,分析了地埋管换热器供能性能、系统运行1a和10a后的土壤温度变化特性及土壤初始温度与集热器面积的关系,拟合得到了土壤初始温度与单位建筑面积下最优集热器面积的数学表达式,采用费用年值法对该耦合系统与常规燃煤锅炉供暖系统进行了经济性比较分析。结果表明:在冬季利用该耦合系统供暖且采用蓄热水箱出口与地埋管出口温差为10℃控制太阳能集热系统辅助供暖的方案,耦合系统运行1a后,土壤平均温度升高0.09℃,土壤热平衡率为101%;10a后土壤平均温度升高0.35℃,土壤热平衡率为104%;该耦合系统供暖经济性优于传统燃煤锅炉供暖系统。     

地下水源热泵多周期蓄能模拟研究

地下水源热泵运行过程中,如果冬季从地下吸热和夏季放热不平衡,多余的热量(冷量)就会在地下积累,打破了原有的地下温度场的平衡,造成地下温度局部升高或降低,影响系统的运行效率。通过建立传热耦合数值模型,对水源热泵的含水层单取暖模式和蓄能供暖联合运行模式含水层温度场进行模拟分析。结果表明:在静态含水层中,长期取热造成热贯通,贯通程度随运行时间延长不断加剧,抽水温度过低时将无法从含水层取出热量;蓄能可以延长系统运行年限,蓄热量高于取热量时含水层整体温度提升,当蓄热阶段抽水温度低时,实际蓄热量大,蓄热效率高。     

土壤源热泵系统地下温度场变化规律分析与探讨

本文针对北京地区的气候条件,选取1栋单体低密度建筑为典型建筑,采用土壤源热泵系统进行供暖和空调。因地下换热器吸、排热量不平衡,故采用太阳能在冬季进行补热,基本可以平衡吸、排热量的差值。在此基础上,对经过补热的系统和未进行补热的系统的地下土壤温度场变化规律进行了分析和研究。结果表明,对于2种系统,蓄热体第1年的土壤平均温度均有一定程度的下降,地下换热器吸、排热量不平衡系统的地温下降量要远大于平衡系统,而其它年份的地温变化量不大;每个年份蓄热体总是通过地表面向外部散失热量,尤其是第1年的散热量在蓄热体总体换热量中所占的比重较大,对整个蓄热体的热平衡影响也较大。     

幕墙式太阳能供暖系统热性能测试与分析

结合幕墙式太阳能供暖系统示范工程,进行了系统热性能测试。在2013年1月7—9日测试期间,室外平均气温为-7.7℃,太阳能集热系统的平均集热效率约为27.5%,补热系统的热泵平均COP为1.554;在3月13—15日测试期间,室外平均温度为3℃,热泵平均COP为1.782;3月13日的测试结果表明,集热系统的有效平均热效率为18.8%,系统的水箱和管路热损失较小,仅占太阳能有效集热量的9.16%。末端风机盘管采用侧面向下送风的气流组织形式时,室内供暖效果较好。     

太阳能-土壤复合式地源热泵供暖的实验研究

在所建立的太阳能土壤复合式地源热泵实验台上,进行了单眼埋管井取热土壤源热泵供暖(模拟埋管面积不够的情形)和复合式地源热泵供暖的实验研究.结果表明,热泵机组从单眼埋管井取热时,冷凝器出水温度只有35 ℃左右,并且机组运行一段时间后,蒸发器出现结冰现象,造成了压缩机连续启停的不稳定工况;复合式系统运行时,蒸发压力始终保持在较高的水平,冷凝器出水温度达到43 ℃左右,可以满足风机盘管冬季工况的要求,复合式系统的机组平均制热性能系数为3.7.     

严寒地区太阳能土壤源热泵季节性土壤蓄热

针对严寒地区太阳能-土壤源热泵初期冬季土壤温度过低导致供热不达标、土壤热量以年为周期不平衡等问题,提出利用太阳能-土壤源热泵现有装置进行太阳能季节性土壤蓄热的解决方案.进行了冬季供暖、太阳能季节性土壤蓄热实验和夏季供冷实验.太阳能季节性土壤蓄热对于供暖和供冷都有利.土壤温度在蓄热结束时明显高于初始温度,土壤热量得到了有效补充.季节性蓄热能够使太阳能-土壤源热泵系统更充分利用太阳能,在严寒地区得到更好应用.     

严寒地区太阳能相变蓄热地板辐射供暖系统运行控制策略实验研究

新疆地区供暖期长达6个月且太阳能资源高达5 800MJ/(m~2·a),为太阳能利用提供了有利条件。利用太阳能作为地板辐射供暖热源,其难点之一是解决太阳能变化不定与建筑供暖需求连续稳定之间的矛盾。以乌鲁木齐市某办公建筑为例,构建了太阳能相变蓄热地板辐射耦合供暖系统,实验研究了不同太阳辐照度下集热器进出口温度及系统运行方式对室内供暖效果的影响,得到了不同室外气象条件下该系统的供热量、蓄热量和补热量,总结得到了该系统在整个供暖期的运行控制策略。     

蓄热型空气式太阳能集热-空气源热泵复合供暖系统在寒冷地区的应用研究

设计了一种蓄热型空气式太阳能集热-空气源热泵复合供暖系统。该系统具有太阳能供热、太阳能辅助热泵供热和热泵供热3种运行模式,可根据环境工况及供暖负荷的变化自动切换运行模式,保证室内供暖的稳定性。在通辽市的实验研究结果表明:在整个供暖季内,该系统可持续提供42.6℃的热水,维持室内温度在21.3~24.1℃之间;平均COP为3.6,实现了太阳能的高效利用,减少了常规能源的消耗,可节约标准煤21 t;与电供暖、燃煤锅炉供暖及燃气锅炉供暖系统相比,年运行费用可分别降低62.2%、49.1%、46.2%,回收期分别为4.7、9.8、10.3 a。     

竖直双U型地埋管传热特性研究

为探究U型地源热泵系统运行过程中土壤温度变化特性,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,基于有限元分析法建立三维非稳态传热物理模型.研究表明,地埋管周围土壤温度和单位井深换热量均随热泵运行时间增加而增加且趋于稳定;在其他条件不变的情况下双U型地埋管换热量为28.26W/m,单U型地埋管换热量为26.38W/m;流体进口流速和土壤温度梯度对单位井深换热量影响很小;流体进口温度和回填材料对土壤温度和单位井深换热量的影响较大;热泵蓄热-恢复和取热-恢复工况下,土壤温度恢复效果随径向距离及恢复时间增加而增加,土壤导热系数越大恢复的程度越接近土壤初始温度值.     

太阳能相变蓄热地板辐射供暖系统应用于乌鲁木齐地区办公建筑的实验研究

提出了一种新型太阳能相变蓄热地板辐射供暖系统,并针对乌鲁木齐一典型办公建筑搭建了实验台。基于太阳能相变蓄热传热理论提出了该系统冬季供暖运行方法;基于热性能指标对所构建的系统不同工况下的供暖性能进行了评价。实验结果表明:冬季室外太阳日辐照度高于20MJ/m~2时,利用该系统可以实现完全利用太阳能供暖,供暖房间操作温度比非供暖房间温度高6~7℃;在太阳辐照度满足蓄热需求时,该系统所采用的DX-53相变板单位质量蓄热量为水的2倍;依据实验得出的运行工况,系统在冬季供暖期平均太阳能保证率为63%,在11月和3月则高达77%和100%。     

基于寒冷地区季节性蓄热太阳能-土壤源热泵系统太阳能集热器设计参数研究

基于TRNSYS平台以土壤热平衡为目标搭建季节性蓄热太阳能-土壤源热泵系统模型进行模拟动态研究。用DeST软件模拟寒冷地区住宅建筑负荷,提出一种面积匹配法,即通过模拟建筑全年累积冷热负荷差、太阳能集热器单位面积平均日得热量和预期蓄热天数确定太阳能集热器面积Ac,以土壤平均温度偏移率绝对值小于1%为判定依据,Ac增减10%不断调整从而确定新的太阳能集热面积,最终找到最佳匹配面积。本文通过对住宅建筑案例说明了本方法的实用性。最佳匹配面积的太阳能-土壤源热泵系统既解决传统土壤源热泵在寒冷地区长周期运行条件下的冷积累问题,又避免了土壤的热积累现象,为寒冷地区季节性蓄热太阳能-土壤源热泵系统需确定的太阳能集热器面积设计提供方法。     

严寒地区太阳能土壤源热泵季节性土壤蓄热

针对严寒地区太阳能-土壤源热泵初期冬季土壤温度过低导致供热不达标、土壤热量以年为周期不平衡等问题,提出利用太阳能-土壤源热泵现有装置进行太阳能季节性土壤蓄热的解决方案。进行了冬季供暖、太阳能季节性土壤蓄热实验和夏季供冷实验。太阳能季节性土壤蓄热对于供暖和供冷都有利。土壤温度在蓄热结束时明显高于初始温度,土壤热量得到了有效补充。季节性蓄热能够使太阳能一土壤源热泵系统更充分利用太阳能,在严寒地区得到更好应用。     

空气——土壤双源热泵系统在我国北方地区的应用

土壤热不平衡是制约地埋管地源热泵在北方地区长期可靠运行的关键问题。耦合空气源补热器的复合地埋管地源热泵系统可充分利用土壤源和空气源的优势,从根本上解决该问题,满足用户供暖、供冷和供生活热水需求。空气源补热器从高温空气中取热,可运行于直接补热、结合热泵机组补热、结合热泵机组供暖和结合热泵机组供生活热水4种模式,通过增加补热和减少取热两方面维持土壤热量平衡。以TRNSYS为平台搭建系统模型,分析了该系统的长期运行特性及其在哈尔滨、长春、沈阳等不同地区的适用性。结果表明:该系统可较好地维持土壤热平衡;机组供暖COP为3.26~3.83,相对燃煤锅炉+分体空调系统节能率为24%~34%;系统初投资低,新增空气源补热器初投资仅占2%~3%,相对燃气锅炉辅助供暖和太阳能集热器辅助补热的复合系统具有较好的经济性。该系统是一种经济可靠、清洁高效的供暖空调形式,有助于地埋管地源热泵系统在北方地区的合理推广及应用。     

用户侧变流量运行空气源热泵供暖技术经济性

济南市某住宅楼(供暖面积为4 650 m~2)采用空气源热泵机组作为热源进行供暖,介绍热泵供暖系统流程。采用TRNSYS模拟软件,模拟供暖期逐时热负荷。基于热泵供暖系统设备配置,对热泵机组、热泵侧水泵、用户侧水泵(变流量运行)、蓄热水箱进行选型。采用TRNSYS模拟软件建立热泵供暖系统能耗模型,模拟计算最冷日性能指标(用户逐时供水温度、热泵机组逐时制热性能系数、热泵供暖系统逐时能效比)、最冷月性能指标(用户日平均供水温度、热泵机组日平均制热性能系数、热泵供暖系统日平均能效比)、供暖期性能指标(热泵机组供暖期平均制热性能系数、热泵供暖系统供暖期平均能效比)、供暖期经济指标(耗电量、单位供暖面积电费)。最冷日、最冷月用户供水温度稳定,在40℃左右。热泵机组供暖期平均制热性能系数为3. 10,热泵供暖系统供暖期平均能效比为2. 94。热泵供暖系统供暖期耗电量为74. 09 MW·h,电价按当地第三档电价0. 847元/(kW·h)考虑,单位供暖面积电费为13. 5元/m~2。用户侧变流量运行条件下,空气源热泵供暖系统技术与经济性均比较理想。     

太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统性能仿真

以北京某建筑为研究对象,建立太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统,对系统热负荷、相变蓄热地板、集热器、电辅助加热器进行设计计算。以TRNSYS软件中的典型年1月为模拟时间,在相同运行策略下,对太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统、太阳能地面辐射供暖系统(未设置相变材料层)的室内温度进行仿真模拟。最冷月1月两种系统均在大部分时间保证室内温度大于等于18℃。采用太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统时,室内平均温度为19.13℃。采用太阳能地面辐射供暖系统时,室内平均温度为18.53℃。太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统的热舒适性略高。