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《山东建筑大学》 2017年
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燃气锅炉辅助地源热泵复合系统优化设计及软件开发

李蕾  
【摘要】:在国家大力倡导可再生能源的前提下,地源热泵系统因其节能、高效的优点得到广泛的应用,但该技术在工程应用中也常常因为初投资大、地埋管施工困难以及吸放热量不平衡等因素阻碍了其发展。对于北方以热负荷为主导的建筑而言,燃气锅炉辅助地源热泵复合系统作为一种新的建筑节能技术,既可以有效地减少地埋管换热器的初投资,又可以解决地下热不平衡的问题。地埋管换热器的传热模型非常复杂,影响参数非常多,通过经验公式或者手工计算无法准确获得地埋管设计长度,因此使用专用设计软件对地埋管换热器的传热过程进行分析和模拟计算,并根据建筑负荷需求优化设计出合理的钻孔埋管长度已经成为地源热泵工程应用领域被普遍认可的设计计算方法。本文主要介绍了燃气锅炉辅助地源热泵复合系统的优化设计方法,并开发了专用的设计软件,包括软件界面,内部算法以及结果分析。该复合地源热泵系统开发软件是在山东建筑大学地源热泵研究所已开发的设计模拟软件“地热之星”的基础上,利用Visual Studio 2010开发平台,采用VC++语言编制的可视化设计模拟软件。复合能源供热系统设计的关键点之一就是要合理地确定每种供能系统承担的建筑负荷比例,尤其是要确保地下埋管全年冷热负荷基本平衡。因此本文首先建立了地埋管全年负荷分析方法,即根据建筑物全年累计负荷来确定地下热不平衡率,并根据工程允许的地下热不平衡率,求出该不平衡率下地埋管承担的最大建筑热负荷值以及热泵机组承担的累计负荷值。根据该负荷分析方法,基于地下热平衡理论提出对燃气锅炉辅助地源热泵复合系统的负荷控制法来控制燃气锅炉的启停。为了更好地分析复合系统的运行控制策略,本文还提出了采用分段时间控制的简单方法来控制燃气锅炉的启停。同时该软件在已有地埋管换热器传热模型的基础上,开发了复合地源热泵系统逐月设计计算方法和逐时模拟计算方法,利用该算法可以求出设计工况下地埋管长度,设计和模拟工况下土壤温度、热泵进出口温度、系统能耗、钻孔换热量等参数随时间变化的曲线和数据表格。本文还根据实际工程验证燃气锅炉辅助地源热泵复合系统的实用性以及开发的设计模拟软件的可靠性。根据系统实测数据与软件模拟数据对比,证明燃气锅炉辅助地源热泵复合系统中,燃气锅炉可以有效地起到调峰作用,减少地埋管设计长度,降低初投资,并且可以缓解地下热不平衡问题,提高机组效率。实测数据表明:开发的燃气锅炉辅助地源热泵复合系统设计模拟软件的计算结果是准确的,该软件可以对复合地源热泵系统长期运行工况进行模拟分析,为今后复合地源热泵系统的研究和应用提供理论支持和技术指导。
【学位授予单位】:山东建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU83

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