严寒地区太阳能季节性蓄热热泵供暖系统模拟研究

"这篇研究论文探讨了在严寒地区如何通过太阳能季节性土壤蓄热热泵供暖系统(SAGSHP)解决土壤源热泵系统(GSHP)在长期使用中出现的问题，如供暖性能系数降低和出力不足。研究重点在于介绍SAGSHP的工作原理，包括其冬季和夏季的主要运行模式，并建立系统的数学模型来确定运行模式的转换条件。通过数值模拟，对比分析了SAGSHP与GSHP的全年运行特性，结果表明SAGSHP能维持土壤温度的年度热平衡，提升供暖性能系数和供暖可靠性。此外，该系统利用夏季太阳能进行土壤蓄热，冬季结合太阳能和土壤热作为热泵热源，有效利用了太阳能资源的季节性差异，减少了系统的初投资。尽管这种技术在国外已有应用，但在我国还处于起步阶段。" 本文的研究主要集中在解决严寒地区使用GSHP供暖时遇到的挑战。通常，由于冬季供暖需求大而夏季制冷需求小，导致土壤源热泵对土壤的取热与补热不平衡，使得土壤温度逐年下降，影响热泵效率。为了解决这个问题，研究人员提出了SAGSHP系统。该系统利用太阳能在夏季对土壤进行蓄热，储存的能量在冬季用于辅助热泵供暖，以此实现土壤温度的年度热平衡。 SAGSHP系统的关键组成部分包括太阳能集热器、季节性土壤蓄热层和热泵机组。在夏季，太阳能集热器吸收并储存太阳能，然后将热量传递至深层土壤，避免土壤温度过度降低。在冬季，热泵可以从蓄热的土壤中提取热量，同时结合太阳能集热器提供的热量，为建筑物供暖。通过建立数学模型，可以精确控制系统在不同季节间的转换条件，确保最佳运行效率。 数值模拟结果显示，SAGSHP系统相对于传统GSHP，能够显著提高供暖性能系数，增强供暖的可靠性，同时实现土壤温度的可持续性。这意味着，采用SAGSHP不仅可以更有效地利用太阳能资源，还能延长系统的使用寿命，减少运行成本。 然而，尽管这种技术在国外已有实际应用案例，但在中国的应用还相对较少，仍处于发展初期。未来的研究和实践需要进一步探索和完善该技术，以便更好地适应中国严寒地区的气候条件，推动其在建筑供暖领域的广泛应用。