一种太阳能地源热泵系统优化设计方法
【专利摘要】本发明一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其包括如下步骤，1）计算末端用户的冷热负荷并划分冷热负荷区间；2）确定集热器面积A和地埋管深度L的取值范围；3）确定地埋管换热器与土壤的吸放热量；4）计算得出最优集热器面积Adesign和最优钻孔深度Ldesign；5）根据步骤4）中计算得到的最优结果进行太阳能地源热泵系统的优化设计施工。其通过对不同施工情况的模拟计算，在步骤4）中由吸放热量的差值绝对值最小来确定即热器面积和钻孔深度的最优解，因此能够最大限度的稳定土壤的平均温度，保证系统较高的整体运行效率，同时能够使得太阳能地源热泵系统对环境产生的影响降到最低，实现可持续发展，长期充分可靠的运行。
【专利说明】一种太阳能地源热泵系统优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能地源热泵系统的设计方法，具体为一种太阳能地源热泵系统优化设计方法。
【背景技术】
[0002]由于北方地区土壤温度较低，热负荷大，供暖时间长，单独使用地源热泵系统，地埋管换热器对土壤的吸热量大于放热量，土壤平均温度下降，系统效率下降。太阳能地源热泵系统的提出很好的解决了这个问题。但是我国只有对单独地源热泵系统(《地源热泵系统工程技术规范》)和单独太阳能系统(《太阳能供热采暖工程技术规范》)的设计规范，还未发行相关对于太阳能地源热泵系统的设计规范。实际中对于钻孔深度及集热器面积的选取比较混乱，使得土壤的吸放热量不平衡，系统整体运行效率较低，造成部分设计系统无法正常运行，因而合理的设计钻孔深度及集热器面积对于太阳能地源热泵系统有着重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，能满足室内冷热负荷的需求，同时保证土壤平均温度的全年稳定，系统运行效率高。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0005]一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤，
[0006]I)计算末端用户的冷热负荷并划分冷热负荷区间；通过模拟计算得出末端用户的逐时冷热负荷，并将逐时冷负荷按照数值分为N个区间，将逐时热负荷按照数值分为M个区间，使得每个区间的负荷变化率不超过300kJ/h2 ；用每个区间中逐时冷热负荷的最大值做为该区间的冷负荷Qd或 热负荷Qh,p并统计每个区间的冷负荷Qd或热负荷Qm对应的时间频数 Hc i 或 Hh,j，其中 i=l，2，…，N;j=l，2，…，Μ;
[0007]2)确定集热器面积A和地埋管深度L的取值范围；由步骤I)中得到的每个区间的冷负荷Qu或热负荷Qh,」计算出地埋管换热器的钻孔深度L的取值范围[Lmin，LmaJ和太阳能的集热器面积A的取值范围[0，Amax]；
[0008]3)确定地埋管换热器与土壤的吸放热量；由下列公式(I)和(2)计算得出地埋管
换热器全年对土壤的吸热量Q吸和放热量Q放:
[0009]
【权利要求】
1.一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤， 1)计算末端用户的冷热负荷并划分冷热负荷区间；通过模拟计算得出末端用户的逐时冷热负荷，并将逐时冷负荷按照数值分为N个区间，将逐时热负荷按照数值分为M个区间，使得每个区间的负荷变化率不超过300kJ/h2 ;用每个区间中逐时冷热负荷的最大值做为该区间的冷负荷(Qd)或热负荷(Qh,P，并统计每个区间的冷热负荷(Qu，Qh,P对应的时间频数 Hd 或 Hh,」，其中 i=l，2，...，N;j=l，2， 2)确定集热器面积(A)和地埋管深度(L)的取值范围；由步骤I)中得到的每个区间的冷热负荷(Qu，Qh,P计算出地埋管换热器的钻孔深度(L)的取值范围[Lmin，LmaJ和太阳能的集热器面积(A)的取值范围[O，Amax]； 3)确定地埋管换热器与土壤的吸放热量；由下列公式(I)和(2)计算得出地埋管换热器全年对土壤的吸放热量(Q?s，Qm):
2.根据权利要求1所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，所述的步骤I)中每个区间的负荷变化率的取值范围为20-200kJ/h2。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，所述的步骤I)中区间个数N和M的取值范围均为3-15。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，所述的区间个数N的取值为8或9 ;区间个数M的取值为8或9。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，所述的太阳能地源热泵系统为串联系统，步骤2)中的钻孔深度(L)的取值范围[Lmin，Lmax]由以下公式(3)和(4)得到，集热器面积(A)的取值范围[0，Amax]，由以下公式(4)和(5)计算得到；
6.根据权利要求5所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，所述的制冷工况下地埋管换热器中传热介质的设计平均温度(tmax)的取值范围为33°C?36°C ；供热工况下地埋管换热器中传热介质的设计平均温度(tmin)的取值范围为-2V?6°C。
7.根据权利要求1或5或6所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，末端用户最大热负荷(Qh, max)为M个热负荷区间中热负荷(Qh, j)中的最大值；所述的末端用户的最大冷负荷(Q。,.)为N个冷负荷区间中冷负荷(Qd)中的最大值。
8.根据权利要求5或6所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，冬季地埋管换热器从土壤的单位时间设计吸热量(qw,max)和夏季地埋管换热器向土壤的单位时间设计放热量(qs,max)由以下公式(6)和(7)计算得到；
9.根据权利要求1或5或6所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，所述的步骤4)中的编程计算时，在集热器面积(A)和钻孔深度(L)的取值范围[Lmin，LmaJ和[0，Amax]中，集热器面积(A)以0.5-3m2为计算步长，钻孔深度(L)以0.5_3m为计算步长，分别对集热器面积(A)和钻孔深度(L)循环取值形成若干组数据，计算得出每组数据对应的全年吸放热量(Q?，Qm)之差的绝对值。
10.根据权利要求9所述的一种太阳能地源热泵系统优化设计方法，其特征在于，所述的集热器面积(A)的计算步长为lm2，钻孔深度(L)的计算步长为lm。
【文档编号】F24D3/18GK103438611SQ201310320060
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】王新轲, 王沣浩, 张鑫 申请人:西安交通大学