一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其包括如下步驟，1）計(jì)算末端用戶的冷熱負(fù)荷并劃分冷熱負(fù)荷區(qū)間；2）確定集熱器面積A和地埋管深度L的取值范圍；3）確定地埋管換熱器與土壤的吸放熱量；4）計(jì)算得出最優(yōu)集熱器面積Adesign和最優(yōu)鉆孔深度Ldesign；5）根據(jù)步驟4）中計(jì)算得到的最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行太陽能地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)施工。其通過對不同施工情況的模擬計(jì)算，在步驟4）中由吸放熱量的差值絕對值最小來確定即熱器面積和鉆孔深度的最優(yōu)解，因此能夠最大限度的穩(wěn)定土壤的平均溫度，保證系統(tǒng)較高的整體運(yùn)行效率，同時(shí)能夠使得太陽能地源熱泵系統(tǒng)對環(huán)境產(chǎn)生的影響降到最低，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，長期充分可靠的運(yùn)行。
【專利說明】一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具體為一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于北方地區(qū)土壤溫度較低，熱負(fù)荷大，供暖時(shí)間長，單獨(dú)使用地源熱泵系統(tǒng)，地埋管換熱器對土壤的吸熱量大于放熱量，土壤平均溫度下降，系統(tǒng)效率下降。太陽能地源熱泵系統(tǒng)的提出很好的解決了這個(gè)問題。但是我國只有對單獨(dú)地源熱泵系統(tǒng)(《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》)和單獨(dú)太陽能系統(tǒng)(《太陽能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》)的設(shè)計(jì)規(guī)范，還未發(fā)行相關(guān)對于太陽能地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。實(shí)際中對于鉆孔深度及集熱器面積的選取比較混亂，使得土壤的吸放熱量不平衡，系統(tǒng)整體運(yùn)行效率較低，造成部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，因而合理的設(shè)計(jì)鉆孔深度及集熱器面積對于太陽能地源熱泵系統(tǒng)有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，能滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷的需求，同時(shí)保證土壤平均溫度的全年穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行效率高。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟，
[0006]I)計(jì)算末端用戶的冷熱負(fù)荷并劃分冷熱負(fù)荷區(qū)間；通過模擬計(jì)算得出末端用戶的逐時(shí)冷熱負(fù)荷，并將逐時(shí)冷負(fù)荷按照數(shù)值分為N個(gè)區(qū)間，將逐時(shí)熱負(fù)荷按照數(shù)值分為M個(gè)區(qū)間，使得每個(gè)區(qū)間的負(fù)荷變化率不超過300kJ/h2 ；用每個(gè)區(qū)間中逐時(shí)冷熱負(fù)荷的最大值做為該區(qū)間的冷負(fù)荷Qd或 熱負(fù)荷Qh,p并統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間的冷負(fù)荷Qd或熱負(fù)荷Qm對應(yīng)的時(shí)間頻數(shù) Hc i 或 Hh,j，其中 i=l，2，…，N;j=l，2，…，Μ;
[0007]2)確定集熱器面積A和地埋管深度L的取值范圍；由步驟I)中得到的每個(gè)區(qū)間的冷負(fù)荷Qu或熱負(fù)荷Qh,」計(jì)算出地埋管換熱器的鉆孔深度L的取值范圍[Lmin，LmaJ和太陽能的集熱器面積A的取值范圍[0，Amax]；
[0008]3)確定地埋管換熱器與土壤的吸放熱量；由下列公式(I)和(2)計(jì)算得出地埋管
換熱器全年對土壤的吸熱量Q吸和放熱量Q放:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟， 1)計(jì)算末端用戶的冷熱負(fù)荷并劃分冷熱負(fù)荷區(qū)間；通過模擬計(jì)算得出末端用戶的逐時(shí)冷熱負(fù)荷，并將逐時(shí)冷負(fù)荷按照數(shù)值分為N個(gè)區(qū)間，將逐時(shí)熱負(fù)荷按照數(shù)值分為M個(gè)區(qū)間，使得每個(gè)區(qū)間的負(fù)荷變化率不超過300kJ/h2 ;用每個(gè)區(qū)間中逐時(shí)冷熱負(fù)荷的最大值做為該區(qū)間的冷負(fù)荷(Qd)或熱負(fù)荷(Qh,P，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間的冷熱負(fù)荷(Qu，Qh,P對應(yīng)的時(shí)間頻數(shù) Hd 或 Hh,」，其中 i=l，2，...，N;j=l，2， 2)確定集熱器面積(A)和地埋管深度(L)的取值范圍；由步驟I)中得到的每個(gè)區(qū)間的冷熱負(fù)荷(Qu，Qh,P計(jì)算出地埋管換熱器的鉆孔深度(L)的取值范圍[Lmin，LmaJ和太陽能的集熱器面積(A)的取值范圍[O，Amax]； 3)確定地埋管換熱器與土壤的吸放熱量；由下列公式(I)和(2)計(jì)算得出地埋管換熱器全年對土壤的吸放熱量(Q?s，Qm):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的步驟I)中每個(gè)區(qū)間的負(fù)荷變化率的取值范圍為20-200kJ/h2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的步驟I)中區(qū)間個(gè)數(shù)N和M的取值范圍均為3-15。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的區(qū)間個(gè)數(shù)N的取值為8或9 ;區(qū)間個(gè)數(shù)M的取值為8或9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的太陽能地源熱泵系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，步驟2)中的鉆孔深度(L)的取值范圍[Lmin，Lmax]由以下公式(3)和(4)得到，集熱器面積(A)的取值范圍[0，Amax]，由以下公式(4)和(5)計(jì)算得到；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的制冷工況下地埋管換熱器中傳熱介質(zhì)的設(shè)計(jì)平均溫度(tmax)的取值范圍為33°C?36°C ；供熱工況下地埋管換熱器中傳熱介質(zhì)的設(shè)計(jì)平均溫度(tmin)的取值范圍為-2V?6°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5或6所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，末端用戶最大熱負(fù)荷(Qh, max)為M個(gè)熱負(fù)荷區(qū)間中熱負(fù)荷(Qh, j)中的最大值；所述的末端用戶的最大冷負(fù)荷(Q。,.)為N個(gè)冷負(fù)荷區(qū)間中冷負(fù)荷(Qd)中的最大值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，冬季地埋管換熱器從土壤的單位時(shí)間設(shè)計(jì)吸熱量(qw,max)和夏季地埋管換熱器向土壤的單位時(shí)間設(shè)計(jì)放熱量(qs,max)由以下公式(6)和(7)計(jì)算得到；
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5或6所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的步驟4)中的編程計(jì)算時(shí)，在集熱器面積(A)和鉆孔深度(L)的取值范圍[Lmin，LmaJ和[0，Amax]中，集熱器面積(A)以0.5-3m2為計(jì)算步長，鉆孔深度(L)以0.5_3m為計(jì)算步長，分別對集熱器面積(A)和鉆孔深度(L)循環(huán)取值形成若干組數(shù)據(jù)，計(jì)算得出每組數(shù)據(jù)對應(yīng)的全年吸放熱量(Q?，Qm)之差的絕對值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種太陽能地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的集熱器面積(A)的計(jì)算步長為lm2，鉆孔深度(L)的計(jì)算步長為lm。
【文檔編號】F24D3/18GK103438611SQ201310320060
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】王新軻, 王灃浩, 張鑫 申請人:西安交通大學(xué)