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随着经济的飞速发展,人类对能源的需求越来越迫切,能源的短缺问题日益突显。新能源的开发和利用在全球范围内引起重视。近年来,太阳能和地热能作为清洁的可再生能源得到了应用推广。对于太阳能利用,因受气候的影响,以及有时热媒温度低、温度不稳定,而使其在供暖与供冷的有效应用受到限制;对于地源热能在严寒地区的利用,存在着土壤冷堆积导致长期运行土壤温度逐年下降的问题。如何将两者相结合实现太阳能—地源热泵的有效利用,是本课题的任务。 本文针对严寒地区应用土壤源热泵系统存在冷热负荷不平衡的问题,提出了采用太阳能集热器进行补热的方案。为了节约成本并有效地利用太阳能,提出了采用太阳能全年补热的方案。主要工作如下: (1)根据严寒地区某办公楼建筑项目前期的热响应试验数据,分别用理论计算以及软件模拟两种方法得出土壤的热物性参数,为下文的工程模拟做好准备; (2)对太阳能—土壤源热泵系统进行设计选型,利用DeST软件模拟逐时负荷,以此为依据进行系统各个部件的选型; (3)在TRNSYS软件平台上分别搭建了土壤源热泵系统以及太阳能—土壤源热泵系统两个模型,并进行系统长期运行的模拟,分析土壤温度场变化,进出口水温的变化以及系统总耗功。 (4)对比分析三种不同的供热与供冷系统,从经济性、能量的数量以及能量的质量进行对比,得出三种不同系统的年度化成本、能成本及(火用)成本。 研究可发现: (1)长春地区的土壤原始温度为8.38℃,土壤制热工况的导热系数和热扩散率分别为1.883W/(m·K)、7.608×10-7m2/s;制冷工况的导热系数与热扩散系数分别为1.758 W/(m·K)、9.203×10-7m2/s; (2)采用TRNSYS模拟验证计算出的地埋管数量与土壤热物性; (3)太阳能全年补热,在夏季时,采用部分地埋管与太阳能系统联合形成补热系统,其它部分热井与热泵联合进行夏季制冷,能够减少集热器面积,降低初投资; (4)比较土壤源热泵和太阳能—土壤源热泵系统长期运行结果,土壤源热泵系统长期运行后土壤温度显著下降,COP下降明显。 (5)三种系统形式中,太阳能—土壤源热泵系统初投资最大,运行成本最低,(火用)成本也最低。 本文的研究是基于某在建项目的前期热井热响应试验数据,利用TRNSYS软件模拟长期运行运行特性,为严寒地区的太阳能—土壤源热泵系统的应用提供一定的理论参考。