太阳能、蓄热与地源热泵组合系统能量分析与实验

在天津地区设计建成太阳能、蓄热与地源热泵组合系统(SGCHPSS),实现建筑物供暖、空调、供热水三联供。对组合系统运行模式进行研究,在TRNSYS平台上模拟得到太阳能、地表能的组合、匹配利用关系,及两种热源对整个系统的能量贡献;模拟得到4～7月份太阳能向地下土壤的跨季节蓄热量。进行示范工程实验,得到土壤跨季节蓄热与地源热泵系统全年运行情况,并进行全年土壤热平衡与系统能耗分析。     

能源塔——地埋管复合源热泵系统跨季节蓄热实验研究

文章利用能源塔替代太阳能集热系统,在夏季通过地埋管换热器为土壤跨季节蓄热,解决了寒冷地区土壤源热泵冷热负荷不平衡造成的土壤温度过低的问题。分析结果表明,能源塔的蓄热功率会受到土壤温度和环境温度的影响,土壤温度越低,能源塔对土壤的蓄热效果越好,并且能源塔的蓄热功率与环境温度呈正相关。分析结果验证了能源塔—地埋管复合源热泵系统跨季节蓄热在寒冷地区应用具有是可行性。     

蓄热型太阳能-地源热泵耦合系统设计

以所设计的新型蓄热太阳能-地源热泵耦合系统为研究对象进行了现场模拟实验,太阳能集热器具有季节性蓄热功能,蓄热水箱可在冬季高品质供暖,夏季实现高效制冷。通过实验研究和经济分析结果显示,系统中地埋管换热器和蓄热水箱间歇运行,有利于地下温度场的恢复,延长地埋管的使用寿命,提高地源热泵工作效率及使用年限,具有明显的经济效益。     

相变材料在太阳能-地源热泵系统中的应用

针对太阳能-地源热泵的供热量波动性问题,在系统中设置蓄热装置,利用相变蓄热材料具有蓄、放热的特性,达到调节系统供热量和稳定性的目的。通过对带有蓄热装置的太阳能-地源热泵系统的运行模式及其转换条件的研究,使系统运行处于最佳运行工况,提高了系统的总平均供热COP值,并使之达到6.5。     

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。     

基于太阳能季节补热的地源热泵空调系统研究

在北方地区,由于建筑物的冬季热负荷大于夏季冷负荷,单独采用地源热泵对建筑物供暖、制冷,长期运行会造成土壤的温度逐年下降,最终导致地源热泵机组COP越来越低,严重时会影响机组的正常运行。夏季采用太阳能对土壤补热,解决地源热泵机组单独运行时冷热不平衡问题,有效提高机组热效率,达到综合节能的目的。通过对太阳能-地源热泵复合空调系统进行分析研究,利用TRNSYS软件进行分析模拟,从而得出太阳能-地源热泵空调系统的最佳匹配方案。     

跨季节蓄热地源热泵地下蓄热特性的理论研究

研究了跨季节蓄热地源热泵系统(GCHPSS)土壤蓄热体温度场的变化规律,编写VB程序对地下埋管土壤蓄热进行了模拟计算.结果表明:当单U型竖直埋管蓄热时,土壤日蓄热量、热作用半径和平均蓄热率在初始阶段急剧变化,然后缓慢减小并最后趋于稳定,蓄热量也趋于平衡.当管群蓄热时,蓄热系统运行1个循环周期(1a)后,土壤的温度场基本上可以恢复平衡,恢复后较蓄热开始时升高0.5～1.0℃.通过对不同地区3种典型土壤的蓄热进行比较,得出粘土是一种性能良好的长期储能介质.同时,地下埋管土壤蓄热特性的实验研究为GCHPSS系统的推广应用提供设计依据.     

地源热泵与太阳能复合供暖系统在村镇住宅中的应用

通过对广大村镇居民住宅空调实际情况的分析,阐述了地源热泵与太阳能耦合系统在农村地区的实用性及可行性.介绍了一种简单实用的系统,该系统在冬季由太阳能热水器和地埋管共同提供冷却水;在春夏季,采用开式系统,系统可以靠重力作用,无需泵耗完成向地下的蓄热,节能方便.     

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.     

如何保证地源热泵式沼气池加温系统长期稳定运行

针对地源热泵式沼气池加温系统中出现的冬夏季取排热不平衡从而影响其长期稳定运行的问题,本文在采取控制运行方式、增加辅助热源和蓄热系统解决方法的分析基础上,从充分利用可再生能源和地源热泵设备的角度出发,提出热泵供热和制冷互补模式与太阳能-地源热泵多功能互补模式,并对其可行性进行分析。     

土壤蓄冷与耦合热泵集成系统中土壤蓄冷的模拟研究

结合土壤耦合热泵技术及冻土蓄冷技术的优点，提出一种全新的热泵空调系统形式一土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统。该系统将土壤耦合热泵系统(GCHP)的地下埋管换热器与蓄冷装置合二为一，在电力低谷期将冷量贮存到土壤中，以满足高峰电力期空调负荷的需要。在能量平衡的基础上建立了土壤蓄冷释冷过程的数学模型，并采用固相增量法模型对其进行了模拟计算，分析其应用的技术可行性，为土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的应用提供理论支持。     

提高地能利用的强化传热试验研究

以太阳辐射积聚大量能量和冷热良性循环蓄集巨大能量的地下是一个庞大的可再生能源库，也是一项可充分利用的自然能量资源。该文介绍了在地源热泵系统中开展的地下100m和200m竖直井闭式循环传热的研究工作，提出利用地下螺旋芯管束新方法，加强旋流流动，提高地下换热能力。试验表明，在放热和吸热过程中，传热均得到显著提高。所提出的可控制间歇过程，将充分发挥换热井的换热能力，实现最少的井数布置，保证良好的地源热泵机组运行工况。     

被动式太阳能温室-采暖房中对流传热的数值分析

针对一种被动式太阳能温室-采暖房，分析采暖房北墙采用或不采用隔热保温措施时，温室-采暖房内的温度和气流分布情况，模拟具有蓄热层的太阳能温室-采暖房中的对流传热，研究温室-采暖房中采用岩石床吸收和贮存太阳能的传输特性。     

高温相变蓄热技术的研究进展

蓄热技术不仅能缓解环境污染和能源浪费的问题,还可以解决热能供给与需求失的矛盾.文中对高温相变蓄热技术的应用和研究现状做了一个综述,从蓄热材料的选择、蓄热器的数值模拟和数学建模、系统研究三个方面对高温相变蓄热技术的研究进展热点以及现状进行了总结.尤其对高温相变蓄热技术在太阳能热发电中的应用现状,并对高温相变蓄热技术在太阳能热发电中的应用进行了分析和展望.     

Recent Developments in Integrated Solar Combined Cycle Power Plants

Global concern for depleting fossil fuel reserves have been compelling for evolving power generation options using renewable energy sources. The solar energy happens to be a potential source for running the power plants among renewable energy sources. Integrated Solar Combined Cycle(ISCC) power plants have gained popularity among the thermal power plants. Traditional ISCC power plants use Direct Steam Generation(DSG) approach. However, with the DSG method, the ISCC plant’s overall thermal efficiency does not increase significantly due to variations in the availability of solar energy. Thermal Energy Storage(TES) systems when integrated into the solar cycle can address such issues related to energy efficiency, process flexibility, reducing intermittency during non-solar hours. This review work focuses and discusses the developments in various components of the ISCC system including its major cycles and related parameters. The main focus is on CSP technologies, Heat Transfer Fluid(HTF), and Phase Change Material(PCM) used for thermal energy storage. Further, study includes heat enhancement methods with HTF and latent heat storage system. This study will be beneficial to the power plant professionals intending to modify the solar-based Combined Cycle Power Plant(CCPP) and to retrofit the existing Natural Gas Combined Cycle(NGCC) plant with the advanced solar cycle.     

分级相变储放热系统在日光温室中的应用效果

针对北方日光温室夜间室内低温问题,该文以收集利用温室内白天富余太阳能为目标,在理论分析相变材料特性的基础上,开发基于管材封装方式的两级相变储放热系统,并通过对比试验,在北京地区的日光温室中开展冬季应用效果试验。结果表明,所开发系统对冬季室内空气温度和土壤温度均有良好的增温效果。其中,空气温度方面,在试验周期内,试验温室夜间（17:00—次日08:00期间）平均室内气温比对照温室平均提高1.0 ℃,最低气温平均提高1.2 ℃;在晴天、多云不同天气条件下,试验温室的夜间平均气温分别提高1.3、1.2 ℃,最低气温分别提高1.5、1.7 ℃;在两天一夜未盖保温被的阴雪天气条件下,试验温室的室内气温全程高于对照温室,最大温差仍有1.9 ℃。在土壤温度方面,晴天和多云天气下,试验温室10和15 cm处的土壤温度平均提高0.6和0.8 ℃,研究表明所开发系统具有良好的持续储放热能力,能改善日光温室的冬季热环境。     

双圆台型高温太阳能蓄热系统传热特性研究

提出一种新型太阳能蓄热系统(双圆台型),然后建立数学模型并进行模型验证,最后计算多种变参数条件下蓄热系统的传热特性。研究结果表明:增大传热介质的入口温度、流速均能提高蓄热装置的蓄热速率;对比单圆台型储热系统的出口温度,结果发现双圆台型系统的热利用率显著提高;在该文的数值计算参数范围内,当传热介质的进口温度和流速分别为747 K和1.2 m/s时,双圆台型系统的蓄热效果最优。研究结果对于认识和揭示高温太阳能高效光热转换及利用具有参考价值。     

Numerical simulation of high‐temperature phase change heat storage system

In this paper, numerical results pertaining to cyclic melting and freezing of an encapsulated phase‐change material (PCM) have been reported. The cyclic nature of the present problem is relevant to latent heat thermal energy storage system used to power solar Brayton engines in space. In particular, a physical and numerical model of the single‐tube phase change heat storage system was developed. A high‐temperature eutectic mixture of LiF‐CaF₂ was used as the PCM and dry air was used as the working fluid. Numerical results were compared with available experimental data. The trends were in close agreement. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res, 33(1): 32–41, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/htj.10132     

地下耦合地源热泵计算机测控系统的设计与实验研究

针对天津市一实际地下耦合地源热泵科研示范工程，采用集散型计算机控制技术（DCS）设计一套三级分布式计算机数据采集和过程控制系统。介绍了该测控系统的结构、功能及特点。并在此基础上，对运行一年来获得的冬夏季节实验数据进行分析，结果表明所设计测控系统的精确性和节能性，同时也为华北地区地下耦合地源热泵系统的优化设计和推广应用提供设计依据。     

Solar multi-mode heating system based on latent heat thermal energy storage and its application

为克服太阳能间断性和不稳定性的缺点进而实现太阳能集热与采暖的能量供需调节和全天候连续供热,提出了基于相变储热的太阳能多模式采暖方法（太阳能集热直接采暖、太阳能集热采暖+相变储热、太阳能相变储热采暖）,并在西藏林芝市某建筑搭建了太阳能与相变储热相结合的采暖系统,该系统可根据太阳能集热温度和外界供热需求实现太阳能多模式采暖的自动控制和自动运行。实验研究表明：在西藏地区采用真空管太阳能集热器可以和中低温相变储热器很好地结合,白天储热器在储热过程中平均储热功率为10.63 kW,储热量达到92.67 kW·h,相变平台明显;晚上储热器在放热过程中供热量达85.23 kW·h,放热功率和放热温度平稳,储放热效率达92%,其储热密度是传统水箱的3.6倍,可连续供热时间长达10 h,从而实现了基于相变储热的太阳能全天候连续供热,相关研究结果对我国西藏地区实施太阳能采暖具有一定的指导作用。