[发明专利]一种太阳能地源热泵系统优化设计方法

说明书

技术领域

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

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

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。 

本发明是通过以下技术方案来实现： 

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Q_c，i或热负荷Q_h，j，并统计每个区间的冷负荷Q_c，i或热负荷Q_h，j对应的时间频数H_c，i或H_h，j，其中i=1，2，…，N；j=1，2，…，M； 

2）确定集热器面积A和地埋管深度L的取值范围；由步骤1）中得到的每个区间的冷负荷Q_c，i或热负荷Q_h，j计算出地埋管换热器的钻孔深度L的取值范围[L_min，L_max]和太阳能的集热器面积A的取值范围[0，A_max]； 

3）确定地埋管换热器与土壤的吸放热量；由下列公式（1）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： 

式中：q_w，max为冬季地埋管换热器从土壤的单位时间设计吸热量；q_s，max为夏季地埋管换热器向土壤的单位时间设计放热量；Q_吸为地埋管换热器全年从土壤的总吸热量；Q_放为地埋管换热器全年向土壤的总放热量；Q_h，max为末端用户的最大热负荷；Q_c，max为末端用户的最大冷负荷； 

4）计算得出最优集热器面积A_design和最优钻孔深度L_design；根据步骤2）中得到的集热器面积A和钻孔深度L的取值范围，以及步骤3）中得到的地埋管换热器对土壤的吸热量Q_吸和放热量Q_放，通过编程计算不同的集热器面积A和钻孔深度L下地埋管换热器全年对土壤吸热量Q_吸和放热量Q_放，得出全年吸热量Q_吸和放热量Q_放之差的绝对值最小的一组数据所对应的集热器面积A和钻孔深度L，即为最优集热器面积A_design和最优钻孔深度L_design； 

5）根据步骤4）中计算得到的最优集热器面积A_design和最优钻孔深度 L_design，进行太阳能地源热泵系统的优化设计施工。 

优选的，所述的步骤1）中每个区间的负荷变化率的取值范围为20-200kJ/h²。 

优选的，所述的步骤1）中区间个数N和M的取值范围均为3-15。 

优选的，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。