太阳能与地源热泵耦合系统

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2.并联运行模式:板式换热器与埋地管换热器并联运行，即载热流体同时进 入板换式换热器与地埋管换热器吸收热量之后，然后再进入热泵机组，载 热流体进入板换和埋地盘管的比例分为多种情况，根据各种情况分析二者 比例。
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3.联合系统的效率
以扬州地区作为模拟地点，建筑物的设计热负荷为10kw，在变工况条件条 件下由清华大学开发的DEST能耗分析模拟软件可以导出逐时气象参数。
u型管真空管集热器 热管真空管集热器
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2.太阳能系统蓄热水箱
NOTE
蓄热水箱容积应该根据集热器的尺寸、当地太阳辐射 情况来确定。
水箱与集热器的配比必须恰当。 太阳能储水箱与集热器配比课参照上表。
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3.太阳能热水系统类型
自然循环系统
强制循环系统
直流式系统
출처: 정보통신부 자료
由于U 型埋管的深度都远 远大于钻孔的直径，因而U 型埋管通常被近似看成 是一个线热源和线热汇。
2.无限长柱 热源模型
1.无限长线 热源模型 3.有限长线 热源模型
埋有管子并与土壤进行着热交 换的钻孔，被近似地看作是置 于半无限大介质中的有限长的 线热源而进行传热分析，该线 热源的长度也就是钻孔的深度。
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太阳能－地源热泵空调系统有待解决的问题
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1. 分散性:虽然地球表面接收 到的太阳能辐射总量较大，但是 太阳能的能流密度很低。 2.太阳辐射存在很大的间歇性 和不稳定性问题。
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三、太阳能与土壤源热泵耦合系统
能源现状：
但中国人均能源资源占有量不到世界平均水平 的一半，石油占有量仅为十分之一。
历史前沿：
1940至今人类探索的脚步从未停歇
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12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
过余温度/℃
深度1m 深度5m 深度52m
时间/天
土壤全年过余温度动态变化特性
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5.经济性分析 `` 以某地区为例，太阳能提供25％的热量，太阳能的产热量为250w/m2,目前太阳
地源热泵系统的能量 来源-地球表面浅层， 是一个巨大的太阳能 集热器，收集了约 47%的太阳能量，其 储存规模远超人类每 年所需能量的总和。 且太阳能本身就是一 种可再生能源，使得 地层储存能也具备可 再生性和可持续性。
传统的热源都具有在 燃烧过程中，其不可 避免的产生各种废气， 或者CO，CO2等温 室气体。而地源热泵 其工作过程仅仅是利 用制冷循环中蒸发器 和冷凝器的功能转换 原理。
研究的意义：
对建筑节能和改善我国能源现 状有着重大的意义
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1.联合系统的优劣互补
太阳能具有不稳定性和间歇性的缺陷，土壤热源 太阳能具有不稳定性和间歇性的缺陷，土壤热源可 可以弥补单独采用太阳能不能在夜间和阴雨天运行 以弥补单独采用太阳能不能在夜间和阴雨天运行的 的弊端。 弊端。而寒冷地区建筑热负荷较大，容易造成地下 寒冷地区建筑热负荷较大，容易造成地下土壤温 土壤温度的失衡，这种土壤温度的失衡对于整个地 度的失衡，这种土壤温度的失衡对于整个地源热泵 源热泵系统的效率影响很大，同时也会破坏地下生 系统的效率影响很大，同时也会破坏地下生态平衡。 态平衡。加入太阳能后，地源热泵在供暖季运行时， 加入太阳能后，地源热泵在供暖季运行时，土壤温 土壤温度的波动相对会变小，这样热泵机组本身就 度的波动相对会变小，这样热泵机组本身就可以具 可以具有较高的效率，太阳能对机组的效率提升很 有较高的效率，太阳能对机组的效率提升很有帮助。 有帮助。
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联合系统原理图
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2.联合系统的运行模式
1.串联运行模式:板式换热器(连接太阳能蓄热水箱)与地埋管换热器联合运 行，载热流体可以先经过板换再经过地埋管换热器或者先经过地埋管换热 器再进入板换，然后再进入热泵机组;当夜晚或者阴天时，水箱内温度较低 则单独采用土壤源热泵供暖。
那么我们该怎 那么我们该怎么 办呢？？？ 么办呢？？？
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夏季热泵系统为建筑提供冷量的同时，将余热蓄
存于土壤； 秋季太阳能集热器收集的太阳能也在土壤中蓄热； 冬季热泵将夏秋季土壤中的蓄热取出，与太阳能 集热联合供暖； 春季土壤则处于自然恢复过程。
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土壤源热泵的研究模型
将钻孔近似为一无限长的圆 柱，在孔壁处有一恒定热流， 钻孔周围土壤同样被近似为 无限大的传热介质。
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(2)控制策略问题。本文设计成夏季太阳能与地源热泵联合供冷模式。但是控制策 略不同，运行效果及经济性也必然不同。因此，夏季联合供冷和单独采用地源热 泵供冷两种方案的优劣，必须针对不同的气候条件和地质条件做出相应的研究， 找出最佳的控制方案。
(3)太阳能集热器与埋地换热器联合运行其过程是一个比较 复杂的传热、传质动态过程。
西安建筑科技大学 环境学院
姓名： 刘俊杰 学号：1403210393
阳 光 动 力 2 号
目录
土壤源热泵
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太阳能集热系统 太阳能与土壤源热泵耦合系统
耦合系统的缺点
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一.土壤源热泵
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一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置。
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土壤源热泵的优点
由于地源热泵利用储 存在大地中的能源， 它具有其他能源无可 比拟的稳定性，其一 年四季变化较小。大 地温度冬季比环境空 气温度高，夏季比环 境空气温度低,，是 极好的冷热源。
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4.地下土壤长期热平衡源自文库题及其解决方案
在地源热泵的长期运行中，由于各个地区气候特点的不同，这主要表现 在每年的取暖天数和供冷天数在不同地区有很大的差别，这将导致最终 地下土壤温度的升高或者降低。
在北方地源热泵经过长年的运行后，将会导致土壤温度降低，因为取暖季节很长 而供冷时间很短；而南方地区却相反。 这将导致地源热泵系统运行若干年后效率明显下降，对地下生态环境也可能造成 一定的破坏。
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土壤源热泵的缺点 难道土壤源热泵就 没有缺点了吗？
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土壤周期性平衡 问题
换热问题
经济性问题
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二.太阳能集热系统
太阳能集热系统
利用太阳能集热器，收集太阳辐射 能把水加热的一种装置。
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太阳能集热器
蓄热水箱
系统类型
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1.太阳能集热器
企业标志
平板集热器
全玻璃真空管器
能热水系统的造价大约为1000元/m2，这样条件下太阳能～地源热泵联合循环 系统的造价如下表所示。太阳能一地源热泵的初投资明显比单独的地源热泵系 统高出很多，同时地源热泵又比风冷热泵工程造价高出许多，总体上随着功率 增加增幅明显。
四.耦合系统的缺点
(1)该系统结构复杂，初投资较高。系统性能的可靠性、稳定性有待于实验进一步验证。其系 统的经济性分析要根据各地区的太阳能资源和土壤的热物性条件、以及用户热负荷特点等各方面因 素综合考虑。此外该新系统增加投资的回收年限问题还需要具体的示范工程作进一步的测算。