【正文】 4 5 6 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 33 7 由表分析可得，儲熱停止溫度為 4℃時，總效率相對于其它的儲熱停止溫差的總效率最高。以此找到太陽能跨季節(jié)儲熱階段的最佳運行策略。模擬軟件在計算儲熱量時熱量公式中的溫差是水箱儲熱出口溫度與儲熱回水溫度之差，而實際模擬計算時的溫度差是水箱第二層溫度與儲熱回水之差。赤緯角則根據(jù)計算公式來計算，它的角度與選的典型天有關(guān)。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 23 模型驗證的有關(guān)計算 模型建立好以后，需要驗證 TRNSYS16 模型是否與接近節(jié)能樓的太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)。 第一層的設(shè)置參數(shù)是 ，第二層的設(shè)置參數(shù)是 W/，第三層的設(shè)置參數(shù)是 W/，第四層的設(shè)置參數(shù)是 W/，第五層的設(shè)置參數(shù)是 W/。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 21 太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)模擬過程中的部件以及部件參數(shù)的設(shè)置 （ 1） Type109 天氣數(shù)據(jù)讀取器 Type109 天氣數(shù)據(jù)讀取器用于讀取天氣數(shù)據(jù)，而且讀入的天氣數(shù)據(jù)需要整理成TM2 格式。河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 20 所以，建立模擬模型是很有必要的。說明蓄熱水箱溫度的大小影響集熱過程。說明儲熱啟動溫度設(shè)置較低的話，儲熱過程啟動較早，儲熱過程運行的時間較長，但是泵耗量隨之增加 。在集熱開始后，集熱出口溫度下降，水箱溫度一直上升，這是由于集熱出口水與水箱進行換熱的作用 。 試驗過程 試驗?zāi)康? 節(jié)能樓太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)分為供熱季和非供熱季，本課題主要研究非供熱季的運行情況。 太陽能集熱器 如圖 2 所示，太陽能集熱器陣列位于屋頂南向斜面，它的傾角為 25176。之后就可以進行試驗參數(shù)的調(diào)節(jié)了。從而，分析出從實驗結(jié)果得出的運行策略。并對哈爾濱市郊區(qū)的一幢獨立建筑進行了實驗研究。 楊衛(wèi)波、董華等 [11]對 太陽能土壤源熱泵系統(tǒng)不同聯(lián)合供暖模式作了 大量 的模擬研究。另外，結(jié)果得到在供暖模式的情況下，系統(tǒng) 的熱泵平均 COP 值達到。因為太陽能資源分布 均勻， 在冬季的時候太陽輻射不是很強，但是河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 2 在 夏季 的 太陽輻射較強 。 雖然我國的能源儲量較為豐富，但是它的 分布不均，東多西少，在地域上的利用受到了極大的限制。觀察模擬結(jié)果，進而得出非供熱季的最佳運行策略。而且太陽能不易儲存，造成大量太陽能資源的浪費。系統(tǒng) 本身滿足當(dāng)?shù)氐墓├錈嵝枨蠛蜕钣盟Ｑ芯康贸鲞\行系統(tǒng)在冬天供暖的情況下，其中的蓄熱水箱起到熱平衡的作用， 讓系統(tǒng)運行起來更加穩(wěn)定 。交叉運行比部分運行模式更具有優(yōu)勢，兩種交叉模式中是 更具有優(yōu)勢的是從外圍先取熱的情況 。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 5 本課題研究內(nèi)容和方法 研究內(nèi)容 本課題以 河北工業(yè)大學(xué)節(jié)能 實驗中心的太陽能輔助地源熱泵系統(tǒng)為研究對象，對 SAGSHP 非供熱季（即儲熱季）進行 監(jiān)測，具體研究內(nèi)容如下： （ 1）學(xué)習(xí)掌握節(jié)能樓 SAGSHPS 的運行原理，了解太陽能 跨季節(jié)儲熱過程。 （ 2）使建立的 TRNSYS 模型盡可能接近實際情況。節(jié)能樓于 20xx 年 10 月投入使用。 當(dāng)小于設(shè)定的 集熱 停止溫差時，集熱過程停止。因此，應(yīng)該選擇合適的儲熱啟動溫度。同時，若是只有集熱而沒有儲熱過程的話，水箱的溫度較高，水箱的散熱量增大，造成了不必要的能量浪費。在表 2 中， 4 月 20 號這一天的儲熱參數(shù)比其它天儲熱參數(shù)要高出許多，這是因為在 4 月 19 日這一天系統(tǒng)只有集熱而沒有儲熱，導(dǎo)致在 20 號當(dāng)天系統(tǒng)開始運行時，水箱的溫度較 高，容易達到啟動的儲熱溫度。因此，由于實試自身的局限性，就需要進行 TRNSYS16 仿真模擬來解決這些問題。系統(tǒng)需要輸入太陽能輻射量，因此需要一個天氣部件，并且把天氣部件和集熱器進行連接，包括環(huán)境溫度，入射輻射，水平散射，太陽入射角，太陽高度角和太陽方位角。在 TRNSYS16 模擬程序中有許多參數(shù)需要設(shè)定。 （ 9） Type65 在線輸出儀 在線輸出儀用于很多信號的輸出，例如溫度、熱量和控制信號等許多隨時間變化值的曲線輸出。 b) 全局水平每小時的輻射量即為水平面每小時的散輻射量和直輻射量之和。 由于最終觀察地溫的變化， 那么對比每個小時的儲熱量意義并不大。分別選 4 月 1 日、 7 月 26 日以及 10 月 2 作為各個 階段有代表性的天氣進行模擬。但是水箱溫度設(shè)定合適時，水箱溫度越高，儲熱溫差越大，對于儲熱過程反而有利。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 34 表 12 典型天 （ 7 月 26 日 ） 不同集熱停止溫差下的模擬值 控制參數(shù) 集熱停止溫差（ ℃ ） 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 10/50/5 1 3 5 由表分析可得，在不同的集熱停止溫差下，集熱停止溫差越小，集熱量越多 。 由表 8 可得，在集熱停止溫差減小的時候，集熱量是減小 的，只是集熱停止溫差的改變也會影響儲熱量的變化，它的變化 更加明顯。并將集熱泵、儲熱泵的額定功率以及額定功率和土壤溫度作為初始值輸入進去 ，得到集熱量、儲熱量、水箱溫度以及土壤溫度隨時間變化的瞬時曲線。而這一典型天中，實際的集熱量為 1422kWh，實測氣象條件下的集熱量為 1361 kWh，得出兩者之間的相對誤差為 %，這說明集熱過程的模擬是比 較成功的，而各個設(shè)置的參數(shù)也是比較合適的。泵功率的計算利用公式：泵功率 = （其中泵耗量的單位為 kWh，泵功率的單位為 kW） 在計算泵的流量時，集熱泵的流量可根據(jù)集熱時間段熱 8 表的瞬時流量平均值求得，儲熱泵的流量可根據(jù)儲熱時間段熱 7 表的瞬時流量平均值 求得。 而在控制策略中的集熱啟停溫差控制是太陽能集熱器出口水溫和水箱集熱出口溫度之差與死區(qū)溫度值進行對比進行控制，上死區(qū)溫度和下死區(qū)溫度的初始設(shè)定值為10℃和 3℃，并且可通過改變上下死去的溫度值來改變集熱循環(huán)的運行策略。以及 21176。在此可以利用溫差控制部件，把太陽能集熱器出口溫度和 蓄熱水箱集熱出口溫度 分別與集熱溫差控制器的高輸入端溫度，低輸入端溫度進行連接。 由表可得，從目前表中的數(shù)據(jù)來看集熱啟動溫差為 6℃和 8℃時的集熱效率比較好，但同時可以看出有兩天的集熱效率比較高，分別為 和 。特別是在 3 月 26 日這一天，儲熱效率達到 ，這是因為在這前一天，只有集熱而沒有儲熱，將剩余的熱量保留到第二天，導(dǎo)致蓄熱水箱開始時的溫度較高。之后，由于地埋管換熱器與土壤換熱作用的減弱，儲熱回水溫度上 升，集熱回水溫度隨之上升。 （ 3）根據(jù) 2 得出的結(jié)論針對性的試著同時進行集熱、儲熱參數(shù)的調(diào)節(jié)，得出對應(yīng)工況下每天的集熱量、集熱效率、儲熱量、儲熱效率、泵耗電量以及井群地溫的變化幅度。 25 個鉆孔分為三組，中心 9 個河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 9 為一組，外圍 16 個分為兩組，每組內(nèi)并聯(lián)，各組間串聯(lián)，使內(nèi)部溫度高而外部溫度低形成不同的溫度梯度，有利于熱量的蓄積。再將控制策略輸入到建立的模型中，進一步預(yù)測地溫的變化。同 時，將模擬的結(jié)果與實驗的分析結(jié)果進行對比，從而給出整個非供熱季的最佳給定參數(shù)控制策略。 20xx 年，王恩宇等 [18]利用瞬時系統(tǒng)模擬軟件 TRNSYS， 對 太陽能地源熱泵聯(lián)合系統(tǒng)進行了模擬， 并 對地溫的變化進行了分析。研究得出：增加太陽能的輔助供熱，有利于 使 系統(tǒng)向地下 得 排熱 過程與取熱過程保持 平衡。而 對于 太陽能地 源熱泵系統(tǒng)的 很多 研究是在近些年來。特別是進入 21世紀(jì)以來，應(yīng)用和研究變得日益增多。清華建筑節(jié)能研究中心建 立的建筑能耗模型數(shù)據(jù)也顯示， 20xx 年我國建筑總商品能源消耗占當(dāng)年全社會一次能源消耗的 %[2]。 河 北 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)論文 作 者： 張環(huán) 學(xué) 號： 110638 學(xué) 院： 能源與環(huán)境工程學(xué)院 系 (專業(yè) )： 熱能與動力工程 題 目： 太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)非供熱季 運行參數(shù)的 試驗與模擬 指導(dǎo)者： 王恩宇 教授 評閱者： 20xx 年 6 月 11 日 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 中文摘要 太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)非供熱季 運行參數(shù)的試驗與模擬 摘要： 本文以河北工業(yè)大學(xué) 某建成的太陽能輔助地源熱泵為研究對象，在 對 太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)實驗研究的基礎(chǔ)上，基于 TRNSYS16 模擬軟件建立了太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)非供熱季的仿真模型。龍惟定教授經(jīng)過分析得出，我國建筑能耗在總能耗中的比例大致應(yīng)在 20%左右，其中 10～ 13% 是采暖能耗， 7～10% 是其他能耗 [1]。隨著環(huán)境壓力的增大和能源危機，太陽能地源熱泵的利用技術(shù)受到越來越多人的重視。從上個世紀(jì) 80 年代開始，我國的一些科研工作者才開始了大量的研究，通過研究掌握了一定的技術(shù)，并有一部分工程在實際中得到應(yīng)用，取得一定的成功。 20xx 年李朝佳等 [12]對太陽能輔助地源熱泵聯(lián)合供暖運行形式 進行了分析。并提出在對系統(tǒng)進行性能分析時，需要考慮影響性能因素的優(yōu)化配置。改變運行參數(shù)，模擬分析不同運行策略下的集熱量、儲熱量以及地溫的變化趨勢，通過不同運行策略下地溫對比分析，得出太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)的運行控制策略。將模擬 和 實驗的結(jié)果進行分析驗證，從而得出太陽能輔助地源熱泵非供熱季的參數(shù)控制策略。鉆孔的深度為50 米，間距為 米，整體形成一個正方形結(jié)構(gòu)。 （ 2）保證集熱參數(shù)不變，調(diào)節(jié)儲熱循環(huán)啟動溫度、停止溫差，得出對應(yīng)工況下每天的集熱量、集熱 效率、儲熱量、儲熱效率、泵耗電量以及井群地溫的變化幅度。對于集熱回水溫度，集熱開始后，水箱溫度的上升使得出口水溫上升；儲熱開始后，由于水箱溫度的下降，集熱回水溫度也會下降。在 3 月 23 日， 3 月 26 日和 4 月 3 日時，儲熱效率比較高。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科 畢業(yè)論文 18 表 4 不同水箱溫度下儲熱總效率的數(shù)據(jù)分析表 水箱溫度（ ℃ ） 集熱量 (kWh) 輻射量（ kWh） 儲熱量（ kWh） 儲熱總效率 35 927 1760 528 40 880 1558 501 1121 1950 611 1150 1923 637 844 1553 472 1601 2798 920 296 770 0 45 0 0 0 1454 2426 787 1256 2114 704 1445 2301 905 50 449 870 255 表 5 不同天不同集熱啟動溫差下的集熱效率分析表 集熱啟動溫差（℃） 儲熱啟動溫度（℃） 集熱量（ kWh） 輻射量（ kWh） 集熱效率 10 45 932 1725 8 1000 1844 6 1454 2426 10 40 1033 1915 8 1461 2501 6 1121 1950 表 5 是分析系統(tǒng)集熱啟動溫差變量 10℃、 8℃、 6℃，儲熱啟動溫度變量 40℃、45℃運行參數(shù)下的集熱量以及集熱效率的變化規(guī)律。因為在集熱循環(huán)過程中有集熱啟動溫差控制和集熱停止溫差控制 。因此在實際輸入?yún)?shù)時，為了是模擬情況與實際情況相近，截距為 ，一階效率系數(shù)可取 ，而測試條件下的流量取 35kg/，太陽能集熱器的傾斜角和方位角分別為 25176。 （ 7） Type2 溫差控制器 該模擬部件可以對運行策略中的溫差進行控制，并通過上死區(qū)溫度和下死區(qū)溫度的設(shè)定值與高輸入端溫度和低輸入端溫度之差的數(shù)值進行比較，進而輸出控制信號，進一步來控制集熱循環(huán)和儲熱循環(huán)過程的啟停。 典型天的數(shù)據(jù)計算 （ 1）泵的功率和流量計算 在計算集熱泵和儲熱泵的功率時，對照采集到的 SAGSHP_POWER 電表的數(shù)據(jù)，求出當(dāng)天的泵耗量，同時記錄泵開始運行的時間，泵停止運行的時間，并計算出泵運行的總時間。每小時兩者的集熱量誤差大都在 20%，只有在 14： 00 的時候集熱量相差較大，誤差大約在 65%左右，但是總體來說模擬的是比較接近實際的，畢竟有許多因素并不能在模擬中體現(xiàn)出來。 5 太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)的運行策略 典型天的瞬時模擬 用驗證成功的太陽能跨季節(jié)儲熱系統(tǒng) TRNSYS16 模型進行 模擬時，分階段輸入典型天，在此處輸入三 天典型天，分別為 4 月