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基本信息

項(xiàng)目名稱：
太陽能跨季節(jié)蓄熱—水源熱泵聯(lián)合系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡介：
本發(fā)明提出了一種太陽能跨季節(jié)蓄熱—水源熱泵聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，將兩種利用可再生能源技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)合起來。利用既有水源熱泵系統(tǒng)的抽水、回灌井及介質(zhì)水循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)，節(jié)省太陽能跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)打井、運(yùn)行等初投資，同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽能跨季節(jié)蓄存，提升聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，體現(xiàn)國家節(jié)能、減排方針政策，實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境的友好融合。
詳細(xì)介紹：
本發(fā)明提出了一種將太陽能地下水層跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)與水源熱泵系統(tǒng)相結(jié)合的聯(lián)合系統(tǒng)理念，夏季水源熱泵系統(tǒng)利用低溫地下水作為冷源實(shí)施制冷，冬季利用太陽能跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)蓄存的高溫地下水作為熱源實(shí)施供暖和生活熱水供給?；谶@一理念，本發(fā)明設(shè)計(jì)出了太陽能地下水層跨季節(jié)蓄熱—水源熱泵聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，并通過理論研究、案例分析和TRNSYS軟件模擬相結(jié)合的方法初步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)理念的可行性；同時(shí)，本發(fā)明詳細(xì)給出了聯(lián)合系統(tǒng)各個(gè)運(yùn)行工況下的實(shí)施例，為聯(lián)合系統(tǒng)的推廣實(shí)施奠定了一定的理論基礎(chǔ)。系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行后，兩系統(tǒng)各自的性能得以提高，共有基礎(chǔ)建設(shè)部分的初投資得以節(jié)省，在提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，節(jié)約了常規(guī)能源的消耗，減少了污染物的排放，實(shí)現(xiàn)了資源與環(huán)境的友好融合。

作品圖片

  • 太陽能跨季節(jié)蓄熱—水源熱泵聯(lián)合系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：利用既有水源熱泵系統(tǒng)的抽水、回灌井及介質(zhì)水循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)，節(jié)省太陽能跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)打井、運(yùn)行等初投資，同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽能跨季節(jié)蓄存，提升聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，體現(xiàn)國家節(jié)能、減排方針政策，實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境的友好融合。 基本思路：首先，對(duì)現(xiàn)有太陽能蓄熱系統(tǒng)、水源熱泵系統(tǒng)基礎(chǔ)理論進(jìn)行學(xué)習(xí)研究，分析各自的利弊，找出兩者結(jié)合點(diǎn)。其次，在研究分析基礎(chǔ)上，形成聯(lián)合運(yùn)行理念。再次，在理念基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行會(huì)遇到的關(guān)鍵問題及其對(duì)應(yīng)解決措施進(jìn)行羅列與分析，繼而將解決思路融合到聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行策略制定之中。最后，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行的基礎(chǔ)上，通過案例分析與TRNSYS軟件模擬相結(jié)合的方式，進(jìn)一步驗(yàn)證聯(lián)合系統(tǒng)可行性。 創(chuàng)新點(diǎn)：發(fā)明創(chuàng)造性將兩種可再生能源技術(shù)有效結(jié)合起來，兩系統(tǒng)各自的性能得以提高。同時(shí)提出“熱能梯級(jí)利用”模式的控制方式，將自動(dòng)化技術(shù)與系統(tǒng)控制相結(jié)合，為聯(lián)合系統(tǒng)的推廣實(shí)施奠定了一定的基礎(chǔ)。 主要指標(biāo)： ① 聯(lián)合系統(tǒng)夏季平均日集熱器出口水溫可達(dá)到設(shè)計(jì)的60℃，并能持續(xù)三小時(shí)；集熱器集熱量與需求熱量之間的供需比為1.27，滿足設(shè)計(jì)要求。 ② 針對(duì)負(fù)荷的波動(dòng)特性，提出了“熱量梯級(jí)供給”的理念，相對(duì)傳統(tǒng)定負(fù)荷采暖模式能夠節(jié)約24.4%的熱量。 ③ 針對(duì)案例理論計(jì)算得到，相對(duì)于傳統(tǒng)的市政采暖及熱水供應(yīng)方式，聯(lián)合系統(tǒng)供熱年運(yùn)行可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2186.7噸，對(duì)應(yīng)減少釋放二氧化碳5685.42噸，減少釋放二氧化硫52.48噸，減少釋放氮氧化物15.31噸，環(huán)境效益顯著。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性：聯(lián)合系統(tǒng)中太陽能地下水層跨季節(jié)蓄熱、水源熱泵兩種系統(tǒng)均具備完備的理論支撐；系統(tǒng)聯(lián)合設(shè)計(jì)過程中將會(huì)遇到的關(guān)鍵問題及其對(duì)應(yīng)的解決措施，均基于相應(yīng)的基礎(chǔ)理論及國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，保證了系統(tǒng)的初步可行性；而對(duì)于本理念至關(guān)重要的運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制策略制定及系統(tǒng)可行性分析，均基于一定的文獻(xiàn)查閱及案例實(shí)施，為理念的具體實(shí)施奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。 先進(jìn)性：系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行后，兩系統(tǒng)各自的性能得以提升，兩系統(tǒng)共有基礎(chǔ)建設(shè)部分的初投資得以節(jié)省，在提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，節(jié)約了常規(guī)能源的消耗，減少了污染物的排放，實(shí)現(xiàn)了資源與環(huán)境的友好融合。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

理論研究階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用說明及技術(shù)特點(diǎn)：作品設(shè)計(jì)的思路就是將可再生能源技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用，因此發(fā)明涉及內(nèi)容多，科技含量高，初投資巨大，但國家對(duì)于這類項(xiàng)目給予政策扶持和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助。聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行體現(xiàn)了低碳經(jīng)濟(jì)的理念，具有長遠(yuǎn)的環(huán)境效益和社會(huì)效益。 適用范圍：太陽能資源相對(duì)豐富，且存在可開采地下水層區(qū)域的可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目中。 推廣前景：太陽能是遠(yuǎn)有前景，近有實(shí)效的能源。聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行理念的實(shí)施將會(huì)為普及、推廣廣大民眾的節(jié)能意識(shí)起到很好宣傳作用，社會(huì)效益明顯。同時(shí)發(fā)明理念可以推廣到太陽能熱利用、采暖、空調(diào)與建設(shè)一體化技術(shù)的研究，太陽集中熱水供應(yīng)技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)的模塊化應(yīng)用方面；還能進(jìn)一步帶動(dòng)發(fā)展熱管型集熱器、玻璃真空集熱管等太陽熱水系統(tǒng)方面硬件及應(yīng)用軟件的開發(fā)。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：以文中案例為例，聯(lián)合系統(tǒng)年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用528.9萬元，投資回收年限為7.45年，使用壽命為10年，則使用壽命內(nèi)節(jié)約開銷：528.9萬×2.55年=1348.7萬元，占系統(tǒng)初投資的28.3%。

同類課題研究水平概述

太陽能蓄熱系統(tǒng)按照熱存儲(chǔ)方式的不同可以分為顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱，以利用物質(zhì)（主要為水）的溫度升高來存儲(chǔ)熱量的顯熱蓄熱方式具有成熟的理論基礎(chǔ)及大量的實(shí)施案例，而通過材料吸收太陽輻射熱能后發(fā)生相變或化學(xué)反應(yīng)，從而將能量蓄存的潛熱蓄熱和化學(xué)蓄熱是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。本文聯(lián)合系統(tǒng)中太陽能地下水層跨季節(jié)蓄熱形式主要是通過介質(zhì)水來實(shí)現(xiàn)太陽能顯熱蓄存的系統(tǒng)形式，目前基礎(chǔ)研究較少，研究主要集中在系統(tǒng)的適用性及性能的提升方面，也有少量學(xué)者提出顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱相結(jié)合的蓄熱方式，以彌補(bǔ)各種熱存儲(chǔ)方式的弊端。 熱泵系統(tǒng)是近些年快速發(fā)展起來的應(yīng)用可再生能源的系統(tǒng)形式，眾多學(xué)者對(duì)其基礎(chǔ)理論、適用條件進(jìn)行了廣泛研究，并得到了大量的推廣應(yīng)用，是國家支持發(fā)展的一種節(jié)能系統(tǒng)形式。本文聯(lián)合系統(tǒng)中以地下水為熱源的水源熱泵系統(tǒng)形式，目前基礎(chǔ)研究已基本完成，研究主要集中在系統(tǒng)重要參數(shù)的改進(jìn)、系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性的提升上，以拓展系統(tǒng)的使用范圍，本文研究內(nèi)容隸屬于這一范疇。 太陽能蓄熱、熱泵系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行方面，亦有眾多學(xué)者對(duì)其研究，但聯(lián)合中太陽能蓄熱系統(tǒng)多作為輔助熱源的形式出現(xiàn)，同時(shí)還需設(shè)置電加熱等輔助設(shè)施以滿足惡劣天氣狀況下聯(lián)合系統(tǒng)的有效運(yùn)行。本文提出的太陽能地下水層跨季節(jié)蓄熱—水源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行理念，是一種將兩種利用可再生能源技術(shù)的節(jié)能系統(tǒng)有效結(jié)合的一種系統(tǒng)形式，將夏季充足但不連續(xù)、波動(dòng)的太陽能資源蓄存起來，繼而在太陽能相對(duì)匱乏的冬季將其作為一種穩(wěn)定的熱源加以利用。無需設(shè)置電加熱等輔助熱源，提升了太陽能利用率，節(jié)約了常規(guī)能源的消耗。同時(shí)利用了既有水源熱泵系統(tǒng)的抽水、回灌井及介質(zhì)水循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)，節(jié)省太陽能跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)打井、運(yùn)行等的初投資，提升了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 基于以上論述，在學(xué)習(xí)、吸收國內(nèi)外該領(lǐng)域研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上，本文提出的理念主要是在滿足用戶日常冷暖需求的同時(shí)，尋求提升太陽能蓄熱系統(tǒng)和水源熱泵系統(tǒng)各自性能的方法，為可再生能源的有效利用開辟一條新路。本文聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可行性驗(yàn)證過程，也為其他可再生能源技術(shù)的研究創(chuàng)造了良好的契機(jī)，推動(dòng)了可再生能源在建筑中的模塊化、規(guī)?；瘧?yīng)用。
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