东北地区利用太阳能-污水源热泵集成供暖的可行性研究

一、课题名称东北地区利用太阳能-污水源热泵集成供暖的可行性争论二、课题来源及争论的目的和意义争论的目的和意义建筑节能是当前世界建筑进展的一个根本趋势点。[1]而在当今社会，建筑能耗伴随着建筑数量的不断增加和人们对室内环境舒适度要求的2000年建筑用商品能源消耗已占当年全社会终端27.8%[2]40%。在我国，建筑用能主要以煤、燃油、燃气等传统能源为主，随着国际能源形势的日趋紧急以及传统能源燃烧排放物带来的种种问题，[2]由此可见，建筑能耗的持续剧增，将导致全社会能源枯竭，因此，“节能减排”与“低碳生活”不能只作为一种概念，而应有相关的技术所支撑。在这样的背景下，高效、节能、经济、环保的各项技术应运而生。依据我国严寒地区〔主要指标：最冷月平均温度≤-10℃，关心指标：日平均温度≤5℃的天数≥145d〕的实际状况，其冬季严寒而漫长，假设不实行有效的采暖措施，人们将无法正起着极为重要的作用[3]。因此，为保证严寒地区冬季室内环境的舒适度，所消耗的采暖能耗领域的节能有着重大意义。太阳能-地源热泵集成供暖的可行性分析本课题欲承受太阳能-地源热泵集成供暖技术解决严寒地区采暖能耗量巨大的问题。其在技术上是具有可行性的。太阳能优势2070年月能源危机以来，太阳能逐步成为国内外争论的重点，最近争论说明，到2050年核能将占第一位，太阳能占其次位；21世纪末，太阳能将取代核能占第一位。太阳每年辐射到地球外表的能量巨大，约为50×1018kJ1.3万倍[4]，利用的潜力很大，而且对太阳能的利用不会对地球的热平衡产生影响，也不会造成环[5]我2000h2800-3300h，属于太阳能利用较有利的地域。地热能优势小。依据测定，地下10m深处的土壤温度相当于该地区全年平均气温，多数状况下比气温高1-2为2.2-3.2。[6]季取用。太阳能-地源热泵集成应用的必要性1.1-1.2kW1／5左右。同时太阳能因受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件的限制和阴雨天气等随机因素积，而且还需要有蓄热装置，这就使得设备的初投资增加，限制了其推广应用。对于地热能——壤的温度场得不到有效恢复，从而对该类地区冬季供暖造成很大影响。[8]由于太阳能和地热能均存在着各自的劣势，故本课题拟承受太阳能-地源热泵集成供热取热的平衡，从而使得地下温度场保持稳定变化，机组运行工况稳定。期，并且可以减小地埋管换热器的埋地深度和占地面积；又可以避开太阳能受天气、季节、日照时间以及昼夜变化的影响，实现严寒地区冬季的连续供暖。[9]三、国内外在该方向的争论现状及分析地源热泵简介[13]Groundsourceheatpum〕Geothermalheatpum，它是一种利随外界环境温度的变化而变化，所以不管是冬季供暖，还是夏季制冷，地源热泵的COP都[10-12]热泵、水源热泵、地热热泵、闭环热泵、太阳能热泵等。这些系统的工作原理根本一样。[13]相对于国外，我国对地源热泵技术争论起步和进展较晚。但是依据“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的要求，2008年的北京奥运会，在体育场馆、运发动村等奥运会建筑中广泛承受了太阳能、地热能等可再生能源，并承受高效、清洁的常规能源利用技术，这在肯定程度上代表了国际上最先进的用能方式方向。同时对国内其他地区地源热泵的进展也将产生肯定的乐观作用。[13]太阳能供暖简介欧洲、北美对太阳能供热(热水、采暖)系统“SolarHeating”的工程应用已有几十年历史，过去主要用于单体建筑——“太阳能建筑”和“零能建筑”内的小型系统；但近十余年来，包括区域供热在内的大型太阳能供热采暖综合系统“SolarCombisystems”的工程应用有较快发2000BMBF(联邦教育科技部)和BMWi(联邦经济技术部)实施了太阳能区域供热政府工程——“Solarthermie-2000—Part3：Solarassisteddistrictheating”；至200312个太阳能区域供热示范工程——84座短期蓄热小区热力站。[14]目前我国的太阳能供热采暖工程应用仍处于起步阶段暖试点工程包括北京清华阳光能源开发有限责任公司和北京桑普阳光技术的办公热采暖(小区热力站)工程则还没有应用实践。[15]太阳-地源热泵集成供暖系统的争论现状及分析2050Jodan和Therkeld就指出了太阳能热泵的优越性，即可同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。随后，日本、美国、瑞典、澳大利施了多项太阳能关心热泵示范工程，例如宾馆、住宅、学校、医院、图书馆以及游泳馆等，取得了肯定的经济效益和良好的社会效益[16-18]对太阳能热泵进展了大量的争论[19-20]SolarKing系列太阳能热泵供热设备以及澳大利亚的Quantum系列太阳能热泵热水器等就是比较典型的产品范例。我国对太阳能热泵的争论起步较晚验及理论争论，取得了肯定的成果。天津大学对串联式太阳能热泵供热水系统(承受真空管集热器)进展了试验争论和理论分析，结果说明，该系统可以一年四季牢靠运行，向用户提供50℃生活热水，COP到达2.64-2.85(冬)，2.61-3.5(夏)[21]。青岛建筑工程学院对串联式太工作稳定，COP平均值到达2.71，具有明显的节能效果。上海交通大学对直膨式太阳能热45-50150L，每天耗电量约为1kWh〔夏〕-2kWh〔冬，其分体式构造尤其适合于高层或多层建筑，此外，这种热水器—土壤源热泵交替供暖运行进展了试验争论，测得其总体平均热泵COP2.78[22]。规和规章方法，大力提倡在建筑中应用能源和可再生能源。例如，国家经贸委于2001年10月印发了《能源和可再生能源产业进展“十五”热利用，指出要“争论和开发太阳能热利用、采暖、空调等与建筑一体化技术”等[23]。四、本课题的主要争论内容调查严寒地区地源热泵应用状况，并分析其使用中消灭的问题。针对问题，提出解决方法，即应用太阳能-地源热泵集成供暖技术。收集既有工程实例，寻求理论支撑，并做经济分析〔初投资及运行费用计算。依据严寒地区实际状况，确定并优化适宜该地区的系统形式。以某一建筑模型为例，对太阳能-地源热泵集成供暖系统进展供热量计算。归纳总结该系统应用方案的优点及尚存问题。五、课题争论方案及进度安排，预期到达的目标2010.09—2010.10：查阅大量论文，学习相关理论学问，撰写开题报告。2010.11—2011.01：收集既有工程的有关资料，争论其方案的可行性及优缺点。2011.02—2011.03：针对严寒地区气候特点，确定适宜该地区建筑承受的系统形式。2011.04—2011.08：构造集成应用系统的建筑模型，并计算其供热量。2011.09—2011.10：整理计算所得数据，并进展分析。2011.11—2012.04：完成毕业论文。六、为完成课题已具备和所需的条件和经费计算机。与课题相关的参考论文及资料。试验室已有的仪器和设备。导师课题费可供给的支持。七、估量争论过程中可能遇到的困难和问题以及解决的措施太阳能-地源热泵技术在我国的进展仍旧不是很成熟，因此相关参考文献和工程实例还主要参考文献：[1]刘培琴，刘淑敏.我国建筑节能现状及进展[J].煤气与热力，2002，22(3)：255-256.徐伟.可再生能源建筑应用技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.韩志萍，霍文兰.21世纪的能源及其开发和利用.榆林高等专科学校学报.2003,13137-39.刘业凤，伍德虎.太阳能关心热泵和热水器系统的设计与分析[J].太阳能，2008(1)：22-24.徐邦裕，陆亚俊，马最良.热泵.北京：中国建筑工业出版社，1996.67-68.余延顺.寒区太阳能-土壤源热泵系统运行工况模拟争论：[硕士学位论文].哈尔滨工业大学，2001.胡松涛，张丽，王刚.太阳能-地源热泵与地板辐射空调系统联合运行方式探讨[J]暖通空调，2005(3)：41-44.王雁生，王成勇，陈文明.太阳能+地源热泵并联热水系统冬季运行特性争论[J].暖通空调，2009(9)：70-74.SWARDTD.Aperformancecomparisonbetweenanair-sourceandagroundsourcereversibleheatpump[J].InternationalJofEnergyResearch,2001,25(10):899-910.HEALYPF,UgursalVI.Performanceandeconomicfeasibilityofgroundsourceheatpumpsincoldclimate[J].InternationalJofEnergyResearch,1997,21(10)：857-870.RAWLINGSRHD,SYKULSKIJ R.Groundsourceheatpumps:atechnologyreview[J].BuildingServicesEngineeringResearchandTechnology,1999,20(3):119-129. 李高建，胡玉叶，朱秀斌.地源热泵技术的争论与应用现状[J].制冷与空调，2007,21(4)：105-108.郑瑞澄.太阳能供热、采暖工程应用及经济性分析[J].建设科技，2007：136-139.郑瑞澄.太阳能供热采暖工程应用推广[J].太阳能，2007(2),37-41. 田中俊六著，林毅，王荣光，程惠中译.太阳能供冷与供暧[M].北京:中国建筑工业出版社，1982. MacarthurJw，PalmWJandLessmannRC.Performanceanalysisandcostoptimizationofasolar-assistedheatpumpsystem.SolarEnergy,1978，21：1-9.LindenhergerD，BrucknerTandGroscurthHMetc.Optimizationofsolardistrictheatingsystems：seasonalstorage，heatpumps，andcogeneration.Energy,2000，25：591-608.MehmetE.ThermalPerformanceofasolar-aidedlatentheatstoreusedforspaceheatingbyheatpump.SolarEnergy,2000，69(1)：15-25.Torres-ReyesEandCervantesdeGortariJ.O