太阳能—土壤源耦合热泵系统特性分析及实验研究

• 作 者: 袁晨宇
• 出 处: 长沙理工大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 太阳能集热器 地埋管换热器 耦合热泵系统 集热效率 实验研究

当前,社会发展速度日益加快,对能源的需求也日益加剧。但以依靠传统化石能源为主的发展方式,已经不符合当今社会的趋势而遭淘汰。因此,需要对清洁能源的利用加大力度,走上可持续发展战略。本文以此为出发点,研究太阳能与地热能的利用,分别论述了太阳能热泵与土壤源热泵系统的特点,并结合各自的运行优势将二者耦合在一起,进而整合出太阳能-土壤源耦合热泵系统,并对其进行如下研究:首先,对太阳能进行特性分析,对太阳辐射进行计算,进而推导出地球表面与太阳能辐射强度之间的关系。从集热效率方程入手,同时联系平板流动阻力,进而研究平板集热装置对太阳能的热效率的优化提升。对于适合使用中高温型太阳能集热器的情况,引入真空管型集热器,并从集热材料、效率因子等方面进行分析。然后,对土壤进行热物性研究,从土壤导热效率、热惰性、热扩散性、导水率等方面着手,并对土壤的组成成分进行分析,同时需要研究土壤对地埋管换热器换热时所产生的影响。探讨地埋管换热器的几种部管形式的优缺点,总结出不同土壤条件下最佳部管方式,并对钻孔内、外传热模型,管内热阻分别进行研究。同时,对太阳能土壤源耦合热泵系统进行介绍,并对系统运行模式进行分析。最后,本文对太阳能土壤源耦合热泵系统进行了一系列实验研究,同时剖析了系统的主要组成部件,并进行实验台的搭建,对不同运行工况下系统的特性进行分析。此外,研究系统对土壤进行过度季节补热,将所收集的实验数据进行归纳与总结,并对两种补热方式进行对比。对于系统的运行方式,分别进行土壤源热泵单独运行和耦合热泵系统联合运行,并对以上两种模式进行对比,并利用热电偶和流量计所测量出的数据进行分析,得出系统热效率的相关结论。