太阳能-土壤源热泵系统仿真建模及运行研究

基于太阳能-土壤源热泵系统各部件之间的耦合关系,建立了太阳能-土壤源热泵系统中热泵机组、地下埋管换热器、太阳能集热器及蓄热水箱等各组成部分的仿真模型,对某一实际工程应用DeST软件计算建筑物负荷,并建立了太阳能-土壤源热泵系统的模型,分析研究了该系统在动态和静态两种运行模式下的性能特征,并得出两种运行状态下系统平均制热性能系数COPh值分别达到3.5和2.98.     

SGCHPS土壤热平衡及系统热量利用

为解决严寒地区建筑物热负荷远大于冷负荷而导致的太阳能-土壤源热泵系统(SGCHPS)供热性能逐年下降、以至于无法使用的问题,提出依靠太阳能季节性土壤蓄热来维持土壤热平衡、提高系统效率的方法.以严寒地区太阳能-土壤源热泵供热供冷示范工程为平台,进行了为期3 a的蓄热、供热、供冷长期实验.实验结果表明:在保证供热供冷效果的基础上,土壤温度呈现日周期和年周期变化,土壤保持了以年为周期的热平衡;太阳能在冬季供热量中占85%;在供冷季同时进行蓄热和供冷的2组土壤换热器(GHE)可根据换热功率分配其比例.土壤蓄热解决了严寒地区建筑物冷热负荷不平衡的问题,使系统能长期高效运行,并实现了全年太阳能的利用,节约了大量的常规能源.     

空气源热泵用于寒冷地区供热的性能分析

选取张家口地区某高校办公室,对空气源热泵空调供暖运行情况进行实时监测,获得空气源热泵在不同运行工况下COP值和耗电量,分析空气源热泵的性能.在整个供暖季大部分时间段测得COP值为2.3左右,最寒冷的时间段测得COP值为1.4左右,平均每天耗电量50.94KW·h.在供暖季大部分时间段供暖效果较好,室内温度比较均匀并且节能,能够满足供暖需求.     

太阳能辅助加热土壤源热泵系统理论分析

土壤源热泵在冬季运行一段时间之后,存在工作温度降低的工况。为提高土壤源热泵的性能,在负荷匹配的情况下增加其经济性,本文提出了一种太阳能辅助加热方法。通过冬季供暖工况的理论分析得到供热系数与埋管进出口温度、空调供热负荷的关系。得出在增设太阳能辅助系统之后热泵供热系数能有较大提高的结论。     

太阳能辅助加热土壤源热泵系统理论分析

土壤源热泵在冬季运行一段时间之后，存在工作温度降低的工况。为提高土壤源热泵的性能，在负荷匹配的情况下增加其经济性，本文提出了一种太阳能辅助加热方法。通过冬季供暖工况的理论分析得到供热系数与埋管进出口温度、空调供热负荷的关系。得出在增设太阳能辅助系统之后热泵供热系数能有较大提高的结论。     

SGCHPS土壤蓄热供热供冷效果分析

为减少建筑供热供冷能耗,实现严寒地区太阳能-土壤源热泵系统（SGCHPS）对建筑进行长期稳定的供热供冷,提出依靠季节性太阳能土壤蓄热来维持土壤热平衡、提高系统效率的方法.以严寒地区太阳能-土壤源热泵供热供冷示范工程为平台,根据建筑负荷确定系统配置,并选定4种模式交替运行,进行了3年的长期实验.实验结果表明：季节性蓄热S...     

太阳能丰富的寒冷地区三种清洁能源供暖的适用性分析

兰州属于太阳能较丰富的寒冷地区,太阳能、空气源热泵、太阳能辅助空气源热泵,这三种供暖系统谁更节能更经济还有待分析.为此,选取某一典型住宅建筑,根据兰州地区的气候特性分别设计三种典型供暖系统.考虑到关键设备的选型对分析结果有显著影响,利用敏感性分析结合太阳能保证率推荐范围和初投资等来确定每个系统关键设备的选型.利用TRNSYS软件分别建立三种方案的系统模型,通过仿真模拟,分析了三种方案在兰州地区的供暖季运行特性.采用NPV法,分析了三种清洁能源供暖方案在兰州地区的经济性.结果表明:太阳能辅助空气源热泵节能性最好,空气源热泵的经济性最好.     

基于TRNSYS模拟的太阳能与地源热泵复合供暖系统的运行评价

为缓解夏热冬冷地区供暖能耗普遍偏高的问题,采用太阳能产热辅助地源热泵系统进行联合供暖。以合肥市某建筑为供暖对象,利用TRNSYS软件搭建建筑负荷计算模型,以供回水温度、机组运行部分负荷率(PLR)、制热性能系数(COP)及运行能耗为评价指标,比较分析传统地源热泵系统、太阳能集热器与热泵机组串联与并联系统的供暖运行情况。结果表明:供暖季节3种系统的供暖温度均满足需求,与传统地源热泵供暖系统相比,太阳能集热器与热泵机组串并联供暖系统的COP分别提升了48.61%,8.33%;能耗分别降低了,84.02%,75.26%,机组运行PLR明显降低;复合供暖系统尤其是串联连接方式的系统具有明显节能优势。     

蓄热技术在太阳能-地源热泵中的应用及模拟

从太阳能-地源热泵系统中蓄热技术的运行方式入手,通过对太阳能显热蓄热过程的模拟,指出了邯郸地区的太阳能-地源热泵采用无相变蓄热技术时,存在的问题和解决方法。同时,对相变蓄热技术在太阳能-地源热泵应用进行了探讨,并对蓄热体的蓄热过程进行了模拟与分析,结果表明:蓄热材料发生相变的时间与蓄热体半径密切相关,在实际应用时可以通过改变后者来控制前者;离外边界越远,相邻点温差越小;由于相变边界点一直低于流体温度,这将导致在8h内具有热流的存在,从而可延缓水温升高速度。     

基于地温平衡的太阳能-地源热泵系统设计

地温恒定是太阳能和地源热泵合理匹配的重要判据.以北京某别墅建筑为算例,提出了太阳能-地源热泵蓄热系统的流程和运行策略;基于复合系统能量平衡关系耦合热泵机组与集热器,推导出集热器的平均效率和集热器的面积;通过“地热之星”软件设计地埋管并模拟地温变化,表明复合系统能较好的维持地温恒定.     

Simulation of embedded heat exchangers of solar aided ground source heat pump system

Aimed at unbalance of soil temperature field of ground source heat pump system, solar aided energy storage system was established. In solar assisted ground-source heat pump (SAGSHP) system with soil storage, solar energy collected in three seasons was stored in the soil by vertical U type soil exchangers. The heat abstracted by the ground-source heat pump and collected by the solar collector was employed to heating. Some of the soil heat exchangers were used to store solar energy in the soil so as to be used in next winter after this heating period; and the others were used to extract cooling energy directly in the soil by circulation pump for air conditioning in summer. After that solar energy began to be stored in the soil and ended before heating period. Three dimensional dynamic numerical simulations were built for soil and soil heat exchanger through finite element method. Simulation was done in different strata month by month. Variation and restoration of soil temperature were studied. Economy and reliability of long term SAGSHP system were revealed. It can be seen that soil temperature is about 3 ℃ higher than the original one after one year’s running. It is beneficial for the system to operate for long period.     

不同碟式直接蒸汽热发电蓄热系统的性能分析

针对碟式太阳能斯特林热发电系统不具备储热功能而无法连续稳定发电的问题,提出了带蓄热的碟式直接蒸汽热发电系统。以25kW·h发电功率和8h蓄热时间为约束,设计了双罐间接蓄热、单罐斜温层蓄热2种显热蓄热系统以及双罐-潜热蓄热和单罐-潜热蓄热2种多级蓄热系统。以传热学、热力学和经济学原理为基础,对4种蓄热系统的热力学性能和经济性进行了对比分析。结果表明:双罐-潜热蓄热系统的蓄热性能最佳,系统[火用]效率为77.67%;单罐-潜热蓄热系统次之,其系统[火用]效率为61.69%;双罐蓄热系统和单罐斜温层蓄热系统的蓄热性能较差,其系统[火用]效率分别为40.96%和32.83%。在经济性方面,双罐蓄热系统成本最高,单罐斜温层蓄热系统次之,双罐-潜热蓄热系统和单罐-潜热蓄热系统成本较低。综合热力学性能和经济性能,推荐碟式直接蒸汽热发电系统采用双罐-潜热蓄热作为蓄热方式。     

Numerical study on the thermal performance of packed-bed latent heat thermal energy storage system with biomimetic alveoli structure capsule

Bionics provides a positive and beneficial impact on the development of various materials and systems, which has been widely used in energy storage, heat transfer enhancement, and solar thermochemical reactions. In this paper, the idea of heat storage unit with biomimetic alveoli structure is proposed and introduced to increase the heat transfer area and improve the thermal performance of the packed-bed latent heat thermal energy storage(LHTES) system. The effects of heat storage unit structure on temperature distribution, liquid fraction, thermal storage capacity, and other performance indexes of the conventional model and biomimetic model are analyzed. The numerical results indicate that the biomimetic alveoli structure can improve the thermal response of heat storage unit, increase the specific surface area, and achieve a faster heat storage process of the packed-bed compared with the conventional structure. Among various existing models, the double-cell model has a significant improvement.Compared with the conventional model, the maximum increase of liquid fraction and charging efficiency are 9.8% and 6.4%,respectively. This study can provide references to optimize packed-bed LHTES and improve its thermal performance under practical conditions.     

圆柱形壳管式相变蓄热单元的释热特性

为了推广太阳能季节相变蓄热热泵供暖系统在寒冷地区的应用,提出了适合该系统的圆柱形壳管式相变材料(Phase Change Material,PCM)贮热单元的结构形式;基于焓法建立了贮热单元的数学模型,并通过数值模拟研究了以CaCl2.6H2O为相变材料的相变蓄热单元的的释热特性及其随换热流体温度和流速的变化规律.研究结果表明:PCM在显热释热阶段温度变化快且释热持续时间短,而在相变潜热释热阶段,PCM温度变化慢且持续时间长;换热流体入口温度越高,释热速度慢且释热量越小.换热流体的流速越大则释热速度越快,流速越小则释热速度越慢.换热流体入口温度与流速是影响圆柱形壳管式相变贮热单元释热特性的重要因素.     

PV-SAHP/HP复合系统不同运行模式下系统性能的实验研究

为拓展太阳能的利用方式,减少能源消耗,将光伏-太阳能热泵与热管进行有机结合,提出了光伏-太阳能热泵/热管复合系统的思想;设计并搭建了光伏-太阳能热泵/热管复合系统实验测试平台,对热管单独运行和热泵单独运行模式下系统的性能进行了实验研究.结果表明,在热管单独运行模式下,系统的日平均光热效率低于普通的PV/T系统;而热泵单独运行模式下,系统具有较高的日平均光热效率及热泵的性能系数.     

原位反应烧结制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料的研究

以电熔镁砂和白刚玉为镁铝尖晶石陶瓷基体原料,以氯化钾、氟化钾复合盐为相变材料,用原位反应烧结法制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料,研究烧结温度、熔盐含量对熔盐/尖晶石相变储能材料性能的影响。采用XRD和SEM对材料进行表征,通过DSC分析测定材料相变潜热,结果表明,烧结温度为1 000℃和熔盐含量为40%时,所制备的储能材料的相变潜热为70.98 kJ/kg,蓄热密度为240 kJ/kg（ΔT=100℃）,储热性能较好。     

Operating performance of novel reverse-cycle defrosting method based on thermal energy storage for air source heat pump

To solve the fundamental problem of insufficient heat available during defrosting while ensuring the efficient and safe system operation for air-source heat pumps (ASHPs). A novel reverse-cycle defrosting (NRCD) method based on thermal energy storage to eliminate frost off the outdoor coil surface was developed. Comparative experiments using both the stand reverse cycle defrosting (SRCD) method and the NRCD method were carried out on an experimental ASHP unit with a nominal 2.5 kW heating capacity. The results indicate that during defrosting operation, using the NRCD method improves discharge and suction pressures by 0.24 MPa and 0.19 MPa, respectively, shortens defrosting duration by 60%, and reduces the defrosting energy consumption by 48.1% in the experimental environment, compared with those by the use of SRCD method. Therefore, using the NRCD method can shorten the defrosting duration, improve the indoor thermal comfort, and reduce the defrosting energy consumption in defrosting.