【正文】 （ kWh） 集熱量（ kWh） 儲熱量（ kWh） 集熱效率 儲熱效率 儲熱總效率 3/40/3 15 12 10 8 6 表 7 是在單一變量集熱啟動溫差 變化下，集熱量、儲熱量、集熱效率、儲熱效率以及總效率的模擬值的分析比較。因此可以按照實驗方案比較分析集熱量、儲熱量以及效率，盡可能的讓更多的熱量儲存在地下，以此來找到最佳的運行策略。 分析誤差的原因，其一，模擬軟 件本身就可能存在誤差，軟件的使用具有局限性。 （ 2）實際和模擬的儲 熱量 分析對比 圖 12 典型天實測氣象數(shù)據(jù)下的儲熱量與實際儲熱量的對比圖 圖 12 是典型天實測氣象數(shù)據(jù)下，當天系統(tǒng)每小時的實驗儲熱量和模擬儲熱量的比較。同時，輸入其它的初始參數(shù)， 包括集熱、儲熱啟停參數(shù)、泵流量等， 并運行模擬系統(tǒng)，將得到的 各類 曲線分析，通過將模擬得到的集熱量和儲熱量與實際值進行對比，進而驗證模型的正確性。但同時要注意到，這些數(shù)據(jù)在輸入文件中時都是整數(shù)，而且環(huán)境溫度和露點溫度都要乘以 10 以后才能在氣象數(shù)據(jù)文件中輸入。 典型天的選擇 選擇典型天一般是選擇比較晴朗的天氣。 而非供熱季 的結(jié)束時間為 20xx 年 10 月 31日。但實際在模擬系統(tǒng)中功率和流量可通過實際測試得到數(shù)值作為初始值輸入。模塊還可輸出有效的集熱量，儲熱量以及集熱回水溫度和儲熱供水溫度。 （ 2） Type71 全玻璃真空管集熱器 Type71 可以對各種各樣的真空管集熱器的熱性能進行模擬，而在模擬時需要了解真實的瞬時效率曲線，進而更加正確地模擬集熱陣列的熱性能。而同時需要把儲熱的啟停信號聯(lián)系起來，此時通過方程的編譯，將儲熱開始的信號，儲熱停止的信號以及非供熱季信號相乘，進而作為一個儲熱啟停信號連接到儲熱循環(huán)水泵。根據(jù)節(jié)能樓實際的太陽能跨季節(jié)儲熱非供熱季系統(tǒng)，集熱循環(huán)過程和儲熱循環(huán)過程所用到的部件是：太陽能集熱器，蓄熱水箱，集熱循環(huán)泵，水管，儲熱循環(huán)泵和地埋管熱交換器。因為實驗的結(jié)果受多種因素影響。 表 4 在相同的集熱啟停參數(shù) 6℃、 3℃以及儲熱停止溫差 3℃下，針對不同水箱溫度下的儲熱總效率的分析如下表所示。如在 20xx 年 4 月 9 日這一天，設(shè)置的水箱溫度為 40℃，儲熱效率為 。如果觀察地溫的變化，結(jié)果可能不是那么的明顯，因此，可以對集熱效率和儲熱效率進行分析，選出 儲熱總效率 =集熱效率儲熱效率最大的參數(shù)作為優(yōu)選參數(shù)。由圖 6 分析可得，系統(tǒng)只有集熱過程而沒有儲熱過程，等到集熱過程結(jié)束時，水箱溫度仍然沒有達到儲熱啟動溫度，說明儲熱啟動溫度設(shè)置的太高。在 11:40 左右儲熱循環(huán)開始后，太陽輻射和儲熱的共同作用，集熱出口溫度下降。對比圖 6 和圖 7，在 55℃的儲熱啟動溫度下，儲熱沒有啟動，說明設(shè)置的儲熱溫度太高。所以研究太 陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)不同階段的運行策略，有利于提高太陽能的利用率，同時盡可能的提高地溫，進而提高系統(tǒng)的性能系數(shù)，保證系統(tǒng)的長期運行。太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)分為兩個運行過程，即集熱循環(huán)過程和儲熱循環(huán)過程（如圖 3）。 河北工業(yè)大學 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 8 圖 2 太陽能集熱器實物照片 蓄熱水箱 如圖 3 所示，蓄熱水箱位于太陽能集熱器和地埋管儲熱小井群之間，它不但在冬季的時候會起到供熱緩沖的作用，在夏季的時候還會有調(diào)峰的作用。節(jié)能樓的建筑面積為，高度為 22m，分為上下四層，方向為南北偏東 20176。第二步：使集熱參數(shù)不變，調(diào)節(jié)儲熱循環(huán)中的儲熱參數(shù)，即儲熱循環(huán)啟動時的水箱溫度和儲熱停止溫差。具體的研究方法如下： （ 1）建立 TRNSYS 模型，而在建立模型的過程中首先要分析系統(tǒng)包括哪幾部分，建立每一部分模塊，如建立太陽能集熱器、蓄熱水箱和地埋管熱交換器等 模型，然后按照太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)的運行特點連接各部分。在驗證的過程中 ，利用典型天的數(shù)據(jù)計算及初始參數(shù)的輸入，得到典型天的模擬曲線，并與實際的數(shù)據(jù)進行對比分析，從而不斷調(diào)整參數(shù)，得到與實際比較符合模型。研究得出，跨季節(jié)土壤蓄熱有利于減緩非供暖季節(jié)的集熱器過熱問題，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定運行。并對儲熱過程和取熱過程的土壤溫度進行觀察分析，研究發(fā)現(xiàn)土壤的自動恢復的能力與取熱速率的不同都會對系統(tǒng)的地溫變化產(chǎn)生影響。又對跨季節(jié)蓄熱的可行性以及不同運行模式對土壤溫度場的影響作了研究 。結(jié)果表明：相對于單獨供暖的情形，聯(lián)合供暖的運行模式顯示出它的 優(yōu)勢，在節(jié)能方面顯示了很好的效果。而很多研究都集中在系統(tǒng)試驗性能和運行模式的研究上，并對影響系統(tǒng)性能的因素作了分析，例如有無蓄熱水箱的影響，蓄熱 水箱體積大小的影響等。研究的結(jié)果表明：土壤類型會對整個系統(tǒng)的性能和土壤的儲熱區(qū)域的溫度場產(chǎn)生影響。 Onder Ozgener [5]等對用于溫室加熱的太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)進 行了實驗性能方面的研究，并且對這種系統(tǒng)的熱力損失以及成本兩者之間的關(guān)系做了進一步的調(diào)查。本文針對太陽能跨季節(jié)系統(tǒng)非供熱季進行研究，通過實驗和模擬找到合適的運行參數(shù)，進一步提高太陽能 的 儲熱 效 率，使地溫得到提升， 進而使系統(tǒng)的 蒸發(fā)溫度 提高，從而提高整體系統(tǒng) 的性能系數(shù)，對建筑節(jié)能、緩解環(huán)境污染和推動社會經(jīng)濟發(fā)展都有重大意義。利用淺層地熱能的地源熱泵在運行過程中 會隨著使用年數(shù) 的增加而導致地溫逐漸降低，蒸發(fā)溫度也會降低，從而使系統(tǒng)整體 的性能系 數(shù)下降。解決能源危機顯得刻不容緩。對系統(tǒng)進行模擬，把儲熱過程劃分不同階段，選擇各階段的典型天。 通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，輸入實測典型天的氣象數(shù)據(jù)，將實驗結(jié)果與模擬結(jié)果對比，得出集熱量的相對誤差為 %，儲熱量的相對誤差為 %，驗證了模型的正確性。如果人們不加節(jié)制的開采、濫用，總有一天，化石能源會枯竭，全球經(jīng)濟發(fā)展也會受到致命的沖擊。從而可再生能源中的地熱能和太陽能在建筑上的利用受到越來越多的重視，但它們單獨利用中都存在著很多缺點。太陽能跨季節(jié)地源熱泵系統(tǒng)的利用是有很多的優(yōu)點，而一些實驗和模擬研究也初步證明了系統(tǒng)運行的優(yōu)越性，但是進一步探討太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)的運行策略也是有必要的。同時初步的結(jié)果表明儲能裝置的尺寸大小對壓縮機能量的供給有比較大的影響，并且儲能裝置對系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有利。并用編程分析計算了水箱水溫的變化和地下土壤周圍的溫度場的變化。 而進入 21 世紀以來，很多學者和大學都開始了對太陽能地源熱泵系統(tǒng)的研究。針對在有無蓄熱水箱的三種模式，對它們的水箱蓄放熱、集熱器集熱量和效率以及地埋管的吸熱量進 行了研究。 20xx 年，天津大學的趙軍等 [13]對天津地區(qū)某項目建立了計算模型，建立在 實驗的基礎(chǔ)上，用軟件模擬了跨季節(jié)蓄熱的效果，并對不同的運行模式 作了對比 。 王恩宇、齊承英等 [16]對天津某 個 太陽能跨季節(jié)儲熱 系統(tǒng)的供熱模式作了研究 ， 并分析了三種供熱的模式 ，其中把跨季節(jié)儲熱的系統(tǒng)作為了試驗的模式，另外兩種土壤熱泵作為對比。 底冰、馬重芳等對太陽能跨季節(jié)蓄能熱泵系統(tǒng) 作了 實驗 方面的 研究。通過驗證使建立的模型盡可能接近實際運行的狀況。那么主要的研究方法可按照數(shù)值模擬的技術(shù)路線來河北工業(yè)大學 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 6 安排。第一步：使儲熱參數(shù)不變，調(diào)節(jié)集熱循環(huán)中的集熱參數(shù)，即集熱啟動溫差和集熱停止溫差，啟動溫差的變化數(shù)值為 6℃、 8℃、 10℃、 12℃和 15℃；停止溫差變化的數(shù)值為 1℃、 2℃、 3℃、 4℃、 5℃、 6℃和 7℃，并把集熱量和儲熱量模擬出來。太陽能資源相對來說較為豐富。太陽能集熱器的陣列是由 54 組 型號為 LPC471550 的真空管集熱器并聯(lián)而成，結(jié)構(gòu)均為橫雙排，它的采光總面積為 280m2。 圖 4 儲熱地埋管小井群水平管示意 圖 太陽能跨季節(jié)儲熱非供熱季系統(tǒng)的控制過程 太陽能跨季節(jié)儲熱非供熱季系統(tǒng)為太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)的一部分，在非供熱季通過蓄熱裝置將太陽能儲存到土壤中。如圖 4 所示，這些數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過儲熱過程，小井群地溫是緩緩上升的。圖 7 分別 是 3 月 23 日、 3 月 25 日、3 月 27 日的集儲熱進出口溫度以及水箱溫度的變化曲線，三天設(shè)置的儲熱啟動溫度分別為 50℃、 55℃、 40℃。而后，由于太陽能集熱器集熱的原因，集熱出口的溫度緩慢上升。 河北工業(yè)大學 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 13 圖 6 集熱、儲熱供回水及水箱溫度隨時間的變化曲線（ 3 月 25 日） 在 25 日這一天，設(shè)置的運行參數(shù)是集熱啟動溫差 10℃、集熱停止溫差 3℃、儲熱啟動溫度 55℃和儲熱停止溫差 5℃。 太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理 由于實際系統(tǒng)在運行時，運行參數(shù)在不斷地調(diào)整，而參數(shù)可能單變量的調(diào)整，也可能多變量的調(diào)整，而分析數(shù)據(jù)時，應(yīng)該對單一變量對結(jié)果的不同進行分析，得出最佳的運行策略。 河北工業(yè)大學 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 16 表 2 不同水箱溫度 下儲熱效率的數(shù)據(jù)分析表 日期 水箱溫度（℃） 集熱量 (kWh) 儲熱量（ kWh） 儲熱效率 20xx/4/8 35 927 528 20xx/3/30 40 880 501 20xx/4/9 1121 611 20xx/4/10 1150 637 20xx/4/11 844 472 20xx/4/16 1601 920 20xx/4/19 296 0 0 20xx/4/12 45 0 0 0 20xx/4/13 1454 787 20xx/4/17 1256 704 20xx/4/20 1445 905 20xx/4/18 50 449 255 由表 2 分析可得，在不同的水箱溫度下，太陽能跨季節(jié) 儲熱系統(tǒng)的儲熱效率的變化并不大，并且同一設(shè)置運行參數(shù)下會出現(xiàn)不同的儲熱效率。進一步說明，要想找到最佳的運行參數(shù)，需要在相同的氣象參數(shù)下，這樣得出的結(jié)果才更加具有可信度。 總結(jié)上述的曲線分析和數(shù)據(jù)分析，在試驗中會有許多局限性。在建立太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)的 TRNSYS16 模型過程中，首先考慮建立兩個主要的循環(huán)系統(tǒng)以及循環(huán)過程中所需要的 TRNSYS16 模型部件。儲熱停止可以用方程來進行控制，并將地埋管換熱器 進 出口溫度連接到方程，方程中儲熱停止溫差控制使用 TRNSYS16 中的 ge 函數(shù)，當儲熱進出口溫差小于設(shè)定儲熱停止溫差時，儲熱循環(huán)系統(tǒng)就可以停止。和 21176。實際系統(tǒng)中的水箱分為 5 個節(jié)點，并分為兩組進出口，這兩 組進出口包括集熱進出口和儲熱進出口。輸入?yún)?shù)有泵的額定功率和額定流量。太陽能跨季節(jié)儲熱非供熱季系統(tǒng)啟動的時間為 20xx 年 3 月 25 日，計算得到時間為 1992 時，作為設(shè)定的初始值。并把典型天的氣象數(shù)據(jù)輸入到模型中，對比分析實測結(jié)果和模擬結(jié)果，調(diào)整得到正確的模型。 河北工業(yè)大學 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 25 表 6 典型天不同來源氣象參數(shù)表 氣象類型 天際水平輻射 天際法向輻射 全局水平輻射 水平面散射輻射 數(shù)據(jù)來源 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 實測數(shù)據(jù) 實測數(shù)據(jù) 氣象類型 水平面散射輻射 全局水平照度 法向直射照度 散射輻射照度 數(shù)據(jù)來源 實測數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 氣象類型 風速 能見度 天定高度 干球溫度 數(shù)據(jù)來源 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 實測數(shù)據(jù) 氣象類型 露點溫度 相對濕度 大氣壓力 風向 數(shù)據(jù)來源 實測數(shù)據(jù) 實測數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 氣象類型 天頂亮度 云層覆蓋量 天空透明度 降雨量 數(shù)據(jù)來源 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 氣象類型 氣溶膠光學厚度 降雪厚度 數(shù)據(jù)來源 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 對于環(huán)境溫度、露點溫度以及相對濕度，節(jié)能樓測得的都是每分鐘的數(shù)據(jù)，而對于 TM2 文件中的數(shù)據(jù)都是為每小時的數(shù)值，所以 計算這三項時，即求出每小時的平均值。 把修改好的氣象數(shù)據(jù)對照 TM2文件中的修改項一一輸入進去，得到新的 TM2 天氣文件后，輸入到仿真模型中。 但是僅僅觀察集熱量也不能說明模型驗證 完全 正確的，還需要在對儲熱過程進行驗證，以此進而驗證模型的正確性。 而用熱量公式直接由 tcmQ ?? 計算得到的 儲熱量為 869 kWh， 與實際值比較接近，得到的 相對誤差是 %，因此用這種方法計算是正確的，也是與實際相符的。但實際模擬時，在典型天一天的時間內(nèi)地溫的變化太小，比較地溫的大小來選最佳運行參數(shù)是不可取的。 表中控制參數(shù)列設(shè)置“ 10/3/40/3”代表的含義分別是集熱啟動溫差、集熱停止溫差、儲熱啟動溫度、儲熱停止溫差。對于集熱過程，水箱溫度越高，對集熱過程越不利。 中 期典型天的運行策略 下表是在集熱啟動溫差 10℃、集熱停止溫差 3℃、儲熱啟動溫度 50℃以及儲熱停止溫差 5℃的條件下，根據(jù)單一變量原則，改變不同的運行參數(shù)，通過對比不同運行參數(shù)下的儲熱總效率來判定運行參數(shù)的優(yōu)劣。 表 13 典型天 （ 7 月 26 日 ） 不同儲熱啟動溫度的模擬值 控制參數(shù) 儲熱啟動 溫度（ ℃ ） 輻射量（ kWh） 集熱量（ kWh） 儲熱量（ kWh） 集熱效 率 儲熱效率 儲熱總效率 10/3/5 55 52