天津科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告学 院 机械工程学院 专 业 2013 过程装备与控制工程 题 目 太阳能-土壤冷热源主被动利用智能装置设计 姓 名 柴圣 指 导 教 师 （ 签名） 年 月 日拟选题目 太阳能-土壤冷热源主被动利用智能装置设计选题依据及研究意义近年来，由于能源短缺，国家鼓励节能减排技术与清洁能源的发展，使一种经济环保、高效节能的新型空调技术一一地源热泵在我国迅速发展壮大起来。同时，许多学者也开始对地源热泵进行了不断深入的研究，主要集中在地下埋管换热器(BHE) 的传热模型和传热机理、过程参数的模拟、能源互补联合应用以及工质等研究上。然而，在地源热泵的控制策略及优化运行方法上较为欠缺。因此，本文将现代控制理论方法、非线性优化方法与地源热泵技术相结合，研究融合先进控制技术的地源热泵控制系统，并对该系统的运行过程、节能效果等进行了全可的分析和研究。在能源口益紧张的今天，太阳能建筑以其生态、可持续性的优势拥有广阔的发展前景，并口益成为一种新的建筑理念和方法。但目前的设计中仍沿用着传统的线性思维，或仅简单的附加太阳能设备，如何提高太阳能建筑的整体效益，将“整合”思想融入到太阳能建筑设计中去，成为函待解决的问题。本文将针对太阳能建筑的现状和存在的问题，对太阳能建筑的整合设计进行研究，探讨太阳能技术如何在节能、舒适、经济的前提下与建筑整合并实现整体优化的问题。本课题主要研究地源热泵与太阳能集热的结合，利用温控系统使菜窖温度保持在一个稳定的水平，从而使实行整体零能耗的恒温菜窖。文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价）我国具有较早的热泵科研与应用基础，但研究主要集中在对空气源和水源热泵的研制和开发利用上。早在 20 世纪五十年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究1，十年代以来，在国家自然科学基金的资助下，国内的许多学者和科研机构开始了对地源热泵的探索研究，主要的研究工作主要集中在地下埋管换热器的结构性能和热泵运行工况的实验和理论研究等领域2，而对结合太阳能集热器和地源热泵的联合供暖系统的研究很少。从己有的文献报道来看3-8，国内最早的研究开始于 1989 年:当时山东青岛建筑工程学院在国内建立了第一台地源热泵系统的试验台，主要从事水平埋管的研究工作，而后开始了竖直埋管换热器的研究工作。热泵技术的采用是建筑节能的一条重要途径。热泵是一种使热量从低位热源流向高位热源的节能装置9，它通过消耗一定的高位能，把不能直接使用的低位热能(如空气、水、土壤、太阳能及工业废热等)经过提升后转化为可以直接使用的高位热能，从而达到节省能源的目的10,11.在常规能源日益短缺的今天，利用低位热能的热泵技术己经引起广泛的关注。把太阳能集热器和埋入土壤的换热器结合起来以便于把太阳热能储存在土壤中的设想是由美国的 Penrod 于 1956 年首次提出的 12。1962 年，Penrod描述了联合系统的工作原理13，1969 年，又给出了系统的设计过程，包括太阳能集热器与埋管换热器的设计方法14。随后，用于计算系统联合运行时太阳能集热器与埋管换热器的结构参数的复杂理论也应运而生。19781981 年15.16，美国布鲁克海文国家实验室 (Brookhaven National Laboratory)对带圆柱型地下储能罐的串联太阳能热泵系统进行了实验与模拟研究，研究结果17表明:在冬季采暖运行工况下，地下储能罐可以使太阳能热泵工作性能更稳定，而且可以减小辅助热源装置的容量。或交替使用的联合供暖系统的产生与发展提供了良好的基础18。换热器由于其在化工、石油、动力和原了能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现19-22研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）太阳能端：通过太阳能集热器将蓄水箱中的自来水加热，通过循环水泵倒入蓄热水箱，通过温度控制器来控制回流至蓄水箱。地热端：通过地热换热器，将自来水加热，导入热管换热器，通过集水器和分水器，控制热量和自来水的传导。两端热量进入热泵机组，最后进入空调用户。关键在太阳能集热器，地埋管换热器，热管换热器，热泵机组的选用。主要参阅文献1 吕灿仁.热泵及其在我国应用的前途J. 动力机械， 1957，(No.2)2 高祖馄.用于供暖的土壤一水热泵系统J. 暖通空调， 1995,（04）3 毕月虹，陈林根.太阳能一土壤热源热泵的性能研究J.太阳能学报，2000, 02).4 李家伟.对土壤热泵装置的研究D. 199s.5 于立强.青岛东部开发区建设以海水作冷热源大型热泵站可行性分析C. 1996.6 李家伟，廉乐明，于立强.土壤源热泵的国内外发展历史与现状C.1996.7 于立强，张开黎，李梵.垂直埋管地地源热泵楼实验研究C.北京: 中国建筑工业出版社， 2000.8 李梵.垂直埋管土壤源热泵的研究 D. 1999.9 肖西卫，汪晓锋，刘冬生.U-PVC 管贴砾管水管井中二次成井技术J .水文水井工程地质，2003, 30(2): 77-79.10 耿瑞伦 .地下水资源与干旱缺水地区地下水勘探J.西部探矿工程，2005, (OS).11 川颜恩锋，孙友宏，许振华，刘冬生.深层水泥土搅拌桩在基坑支护中J.岩土力学，2003, 24: 90-93.12 Voncuba H L, Steimle F. Heat Pump TechnologyM. Butterworths, 1981.379.13 Penrod E B, Prasanna D V. Design of flat-plate collector for solar earth heat pumpJ. Solar Energy, 1962, 6(1): 9-22.14 Penrod E B, Prasanna K V. Procedure for designing solar-earth heatpumpsJ. Heating, Piping and Air Conditioning, 1969, 41(6): 97-100.15 Metz P D. Potential for ground coupled storage within the series solar assisted heat pump systemJ. 1978,:Pages: 5.16 Metz P D. Development of a validated model of ground couplingJ.1980,:7.17 Metz P D. The use of ground-coupled tanks in solar-assisted heat-pump systemsJ. J. Sol. Energy Eng.;Vol/Issue: 104:4, 1982,:3 66-3 72.18 Crandall A C. House heating with earth heat pumpJ. Electrical World,1946, 126(19): 94-95.19 张立强，张及瑞，杨春光，等. 当代国内外高效传热设备发展现状田.无机化工信息，2003(3): 14-17.20 马晓驰 .国内外新型高效换热器月. 化工进展，2001(1) : 49-51.21 李安军，邢柱菊，周丽雯. 换热器强化传热技术的研究进展J. 冶金能源，2008, 27(1): 50-54.22 张平亮 .新型换热器及其技术进展J.炼油技术与工程， 2007,37(1): 25-29.l234其它说明指导教师是否同意开题签名:年 月 日教研室教学负责人签署签名:年 月 日说明：1、开题报告工作从第七学期学生确定毕业设计（论文）题目后开始，在教师指导下，学生通过调研、收资后，于第八学期第四周前完成。2、纸张填写不够可另加附页。