摘 要 ：為明確太陽能耦合充填體熱泵跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)參數(shù)，選取對充填體溫度場變化和蓄/釋熱效果的影響，通過正交試驗(yàn)法對集熱器面積、蓄熱水箱體積與集熱器面積比、充填體導(dǎo)熱系數(shù)、地埋管管間距、埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行多因素研究，通過建筑負(fù)荷對太陽能耦合充填體熱泵跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并采用TRNSYS軟件建模，開展五水平五因素正交試驗(yàn)，通過選擇系統(tǒng)蓄熱率以及蓄熱耗電比2個指標(biāo)得出最優(yōu)參數(shù)方案并進(jìn)行10 a運(yùn)行模擬。結(jié)果表明：集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)變化對充填體蓄熱率有顯著影響，蓄熱水箱體積與集熱器面積比則對其基本無影響；集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)以及埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)對蓄熱耗電比有顯著影響，蓄熱水箱體積與集熱器面積比和地埋管管間距則對其影響程度很??；將優(yōu)化后的方案與原方案進(jìn)行對比，蓄熱率提高了12.65%；蓄熱耗電比降低了28.17%，集熱器集熱量和充填體蓄熱量分別提高了30.73%和39.49%。優(yōu)化后系統(tǒng)應(yīng)用價值顯著提升，為后期研究太陽能耦合充填體熱泵系統(tǒng)提供理論支持。

關(guān)鍵詞 ：太陽能；充填體；正交試驗(yàn)法；蓄熱 ""中圖分類號：TK 512

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1672 - 9315（2024）02 - 0349 - 10

DOI ：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2024.0215 "開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Influencing factors of cross-season heat storage system of

solar coupled backfill heat pump

ZHAO Yujiao1，2，WANG Mengyao3，LIU Lang1，2，LU Xueying1，ZHANG Hailong1

（1.College of Energy Science and Engineering，Xi’ an University of Science and Technology，Xi’ an 710054，China；

2.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention，Ministry of Education，

Xi’ an University of Science and Technology，Xi’ an 710054，China；

3.College of Architecture and Civil Engineering，Xi’ an University of Science and Technology，Xi’ an 710054，China）

Abstract ：In order to determine the influence of parameter selection of cross-season heat storage system of solar coupled backfill heat pump on the change of backfill temperature field and heat storage/release effect，multi-factor studies on collector area，storage tank volume to collector area ratio，backfill thermal conductivity，buried pipe spacing and buried pipe thermal conductivity were carried out by orthogonal test method，and the optimal scheme was selected.The cross-season heat storage system of solar coupled backfill heat pump was designed by building load and modeled by TRNSYS software，and then the five-level and five-factor orthogonal test was carried out.The optimal parameter scheme was obtained by selecting the heat storage rate and the power consumption ratio of the system，and the ten-year operation simulation was carried out.The results show that the collector area and the thermal conductivity of the backfill have significant effects on the heat storage rate of the backfill，but the ratio between the volume of the storage tank and the collector area has little effect.The collector area，the thermal conductivity of the backfill and the thermal conductivity of the buried pipe have significant effects on the ratio of heat storage and power consumption，while the ratio of the volume of the storage tank to the collector area and the distance between the buried pipes have little effects.By comparing the optimized scheme with the original scheme，the heat storage rate is increased by 12.65%.The heat storage and power consumption ratio is decreased by 28.17%，the collector heat and the backfill heat storage are increased by 30.73% and 39.49%，respectively.After optimization，the application value of the system is significantly improved，which provides theoretical support for the later research of solar coupled backfill heat pump system. "Key words ：

solar energy；backfill；orthogonal test；heat storage

0 引 言

為了滿足日益增長的能源需求，國際能源署（IEA）鼓勵各國政府開發(fā)新能源技術(shù)替代傳統(tǒng)能源[1]?；凇半p碳”目標(biāo)的要求，中國正進(jìn)行著一場聲勢浩大、影響深遠(yuǎn)的能源革命[2]。在這一大趨勢下，盡管煤炭作為中國的支柱能源地位不會改變，但煤炭企業(yè)仍需大力發(fā)展清潔能源，加快綠色低碳轉(zhuǎn)型。在煤炭供暖方面，采用地?zé)崮艿耐瑫r，在系統(tǒng)中加入太陽能、風(fēng)能等清潔能源也亟待解決。北方地區(qū)冬季供暖大多采用地源熱泵系統(tǒng)[3 - 4]。地源熱泵的概念首先由ZODLY提出[5]，并因其低運(yùn)行成本被廣泛使用[6]，但是這種系統(tǒng)因冬季供暖需求量大，冷熱負(fù)荷無法平衡[7]，長期運(yùn)行會導(dǎo)致土壤熱失衡，降低系統(tǒng)的能效系數(shù)[8 - 9]；

NARANJO-MENDOZ等搭建試驗(yàn)臺監(jiān)測地源熱泵系統(tǒng)，同樣證明了單一熱泵系統(tǒng)的不合理性[10]；ZHU等提出增加鉆孔間距以減少土壤熱擾動可延長系統(tǒng)的運(yùn)行壽命[11]；ZHAI等的研究結(jié)論表明在安裝地埋管換熱器空間有限的情況下，鉆孔間距取4～5 m可以減小土壤溫差[12]。然而，增加鉆孔間距這種辦法并不能顯著解決土壤的熱失衡問題，與其他輔助能源相結(jié)合的混合地源熱泵系統(tǒng)得到了發(fā)展。太陽能耦合地源熱泵系統(tǒng)就是將地源熱泵與太陽能集熱器相結(jié)合，把太陽能的熱量注入地下進(jìn)行儲存，以緩解土壤熱失衡和地?zé)岱e累問題。REDA等評估了在意大利不同地點(diǎn)使用的太陽能地源熱泵系統(tǒng)，認(rèn)為與太陽能的結(jié)合可顯著降低能源消耗，特別是在太陽能資源豐富的城市[13]；

GIRARD等研究了在19個不同地點(diǎn)的太陽能耦合地源熱泵系統(tǒng)，均表現(xiàn)出更高的性能和更低的運(yùn)行成本[14]；DAI等對太陽能耦合地源熱泵系統(tǒng)的6種運(yùn)行模式進(jìn)行了試驗(yàn)研究，表明熱泵與地埋管換熱器串聯(lián)時系統(tǒng)表現(xiàn)出最優(yōu)性能[15]；SI等對2種太陽能地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行策略進(jìn)行了比較，并通過對系統(tǒng)組件進(jìn)行優(yōu)化提高了系統(tǒng)性能[16]；EMMI等對太陽能耦合地源熱泵系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了研究，以獲取最高能效[17]；JEONG等驗(yàn)證了太陽能耦合地源熱泵系統(tǒng)每年的運(yùn)行費(fèi)用，不僅相較于單一系統(tǒng)降低了總投資成本而且7～11 a可收回投資成本[18]。太陽能耦合地源熱泵系統(tǒng)在性能及運(yùn)行成本上均優(yōu)于單一地源熱泵系統(tǒng)。在北方礦區(qū)的供暖可采用充填體埋管換熱系統(tǒng)，將地埋管儲熱與礦井充填相結(jié)合，借助已有的礦井工程，構(gòu)建充填體埋管換熱系統(tǒng)。將采礦時產(chǎn)生大量的固體廢棄物進(jìn)行回填[19]，有效地解決礦山廢棄物對環(huán)境產(chǎn)生的巨大壓力[20]。GHOREISHI等首次將地埋管儲熱與充填礦井結(jié)合，利用充填體收集存儲礦井地?zé)崮?，并通過換熱埋管將其提取至地面，驗(yàn)證了充填體埋管換熱器提取熱能的可行性[21]；劉浪等提出蓄/釋熱功能性充填技術(shù)，為規(guī)?；叵滦顭醿δ芘c地?zé)衢_采提供了技術(shù)與工藝上的支撐[22 - 23]；ZHANG等在套管式充填體埋管換熱器的內(nèi)外管間填充相變材料來提高蓄熱量[24]；ZHAO等對充填體埋管換熱器進(jìn)行了研究，認(rèn)為隨著管間距、管長、換熱流體流量和圍巖溫度的增加，充填體埋管換熱器的取熱量和出水溫度均增加[25]；ZHAO等在傳統(tǒng)充填材料中加入石墨以改善充填體導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)，將系統(tǒng)總效率提升了31.6%[26]。以上研究僅考慮了充填體對地?zé)崮艿男罘e和提取，在熱能的長期可持續(xù)利用方面具有一定局限性。為了充分利用礦區(qū)可再生太陽能資源，增加充填體的蓄熱量及維持充填體的熱平衡，將太陽能與充填體埋管換熱器結(jié)合，建立太陽能耦合充填體熱泵跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)。根據(jù)熱負(fù)荷需求，提出夏季及過渡季蓄熱工況下的2種運(yùn)行模式以及冬季供熱工況下的3種運(yùn)行模式，并采用正交試驗(yàn)法對集熱器面積、蓄熱水箱體積與集熱器面積比、充填體導(dǎo)熱系數(shù)、地埋管管間距、埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)5個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行研究，最終獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 熱負(fù)荷計(jì)算

采用DeST軟件對建筑全年熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，最大熱負(fù)荷為314.9 kW，累計(jì)熱負(fù)荷為365 814.18 kW ，平均熱負(fù)荷76.53 kW（圖1）。

參考規(guī)范[27 - 28]對太陽能耦合充填體熱泵系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用69根垂直單U型地埋管，地埋管埋深為140 m，間距為5 m，埋管距離土壤表面1.5 m，采用串聯(lián)運(yùn)行（圖2）。埋管周圍用材料填充固化形成充填體，充填材料以尾砂、廢石等為骨料，水泥、粉煤灰等為膠凝劑制備而成（表1）。初始方案采用的太陽能集熱器面積為466.26 m2；蓄熱水箱體積與集熱器面積比為0.1，水箱體積為46.63 m3。充填體導(dǎo)熱系數(shù)為0.8 W/（m ·K），地埋管管間距為5 m，埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)為43.07 W/（m ·K）。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模型建立

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)太陽能耦合充填體熱泵跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)包含太陽能集熱器、充填體埋管換熱器、蓄熱水箱、水泵、熱泵機(jī)組等。根據(jù)系統(tǒng)原理（圖3）在軟件中搭建系統(tǒng)模型（圖4）。

為了研究太陽能耦合充填體熱泵跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)的供熱和蓄熱工況，利用TRNSYS的Type2b和equation等模塊編制出系統(tǒng)的運(yùn)行控制方案。

2.1.1 夏季及過渡季蓄熱工況下的運(yùn)行模式供暖結(jié)束時充填體溫度下降，為了提升充填體的溫度，保證充填體的可持續(xù)利用，需要在夏季和過渡季對充填體進(jìn)行蓄熱升溫，保證充填體溫度場的平衡。模式1：太陽能集熱器向水箱蓄熱。當(dāng)集熱器出水溫度與水箱平均溫度的溫差大于8 ℃，運(yùn)行集熱系統(tǒng)環(huán)路，當(dāng)集熱器出水溫度與水箱平均溫度溫差小于2 ℃，關(guān)閉集熱系統(tǒng)環(huán)路。模式2：蓄熱水箱向充填體蓄熱。在非采暖季，當(dāng)水箱溫度大于50 ℃，向充填體蓄熱；當(dāng)水箱溫度小于45 ℃，停止蓄熱。

2.1.2 冬季供熱工況下的運(yùn)行模式當(dāng)處于采暖季且熱負(fù)荷大于機(jī)組額定制熱量10%時，進(jìn)入冬季供熱模式，具體供暖模式如下。模式1：太陽能集熱器向水箱蓄熱。當(dāng)集熱器出水溫度與水箱平均溫度的溫差大于8 ℃，運(yùn)行集熱系統(tǒng)環(huán)路，當(dāng)集熱器出水溫度與水箱平均溫度的溫差小于2 ℃，關(guān)閉集熱系統(tǒng)環(huán)路。模式2：蓄熱水箱直接供暖。當(dāng)水箱溫度高于50 ℃，直接向用戶供熱；當(dāng)水箱溫度低于45 ℃，停止供熱。模式3：供暖水溫達(dá)到60 ℃時，將一部分經(jīng)水箱加熱的供暖回水與未被水箱加熱的供水進(jìn)行混合，采用Type115控制分流閥，調(diào)節(jié)回水與供水的流量，使供水溫度維持至45 ℃向用戶供暖。

2.2 模型驗(yàn)證采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)[30]對TRNSYS系統(tǒng)模型進(jìn)行驗(yàn)證，圖5是石家莊冬季工況負(fù)荷側(cè)供水溫度對比圖，負(fù)荷側(cè)供水最大相對誤差為7.58%，最小相對誤差為2.1%，平均相對誤差為3.4%。由結(jié)果可知模擬值和試驗(yàn)值較接近，相對誤差在15%以內(nèi)，模型滿足要求。

3 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 正交試驗(yàn)法正交試驗(yàn)法是用“正交表”來安排和分析多因素試驗(yàn)的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。這種方法不僅可以解決多因素選優(yōu)問題，而且還可以用來分析各因素對試驗(yàn)結(jié)果影響的大小，從而抓住主要因素。雖然模擬相比常規(guī)的試驗(yàn)可以節(jié)省大量人力、物力和時間，但是因?yàn)橛?jì)算機(jī)運(yùn)行速度、模型的復(fù)雜程度，工作量依舊較大。為了在研究全面性和實(shí)現(xiàn)度中尋找一個較好的平衡點(diǎn)，正交試驗(yàn)作為一種結(jié)合了正交試驗(yàn)和模擬優(yōu)勢的試驗(yàn)方法應(yīng)運(yùn)而生。

3.2 正交試驗(yàn)的因素及水平結(jié)合太陽能耦合充填體熱泵跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定研究因素為集熱器面積、水箱體積與集熱器面積比、充填體導(dǎo)熱系數(shù)、地埋管間距、埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)。根據(jù)規(guī)范 選取計(jì)算公式與參數(shù)取值。按下列公式計(jì)算直接系統(tǒng)集熱器總面積

A c= 86 400Q Jf

J Tη cd（1-η L）

（1）

式中 A c為直接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；

Q J為太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷，W，取7.653×104 W；

J T為當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系?2月平均日太陽輻照量，J/（m2 ·d），取1.261×107 J/（m2 ·d）；

f為太陽能保證率，%；

η cd為基于總面積的集熱器平均集熱效率，%，取45%；

U L為管路及貯熱裝置熱損失率，取15%。

按下列公式計(jì)算間接系統(tǒng)集熱器總面積

A IN=A c

1+ U LA c

U hxA hx

（2）

式中 A IN為間接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；

A c為直接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；

U L為集熱器總熱損系數(shù)，W/（m2 ·℃），取3.6 W /（m2 ·℃）；U hx為換熱器傳熱系數(shù)，W/（m2 ·℃），取3 500 W/（m2 ·℃）；A hx為間接系統(tǒng)換熱器總面積，m2，取4.37 m2。式（1）中太陽能保證率分別取20%、25%、30%、35%、40%時，對集熱器面積進(jìn)行取值計(jì)算。計(jì)算得間接系統(tǒng)集熱器面積取值分別為301.45，382.68，466.26，552.19，640.48 m2。太陽能集熱器單位采光面積對應(yīng)的水箱體積范圍可按40～300 L/m2選取。因此水箱體積與集熱器面積比取0.04，0.11，0.18，0.25，0.3，根據(jù)不同集熱器面積和水箱體積與集熱器面積比得出相對應(yīng)的水箱體積（表2）。

填體導(dǎo)熱系數(shù)取0.4，0.6[31]，0.693 6[31]，0.8，1.1 W/m ·K[26]。埋管間距取4，5，6，7，8 m。埋管管材選取不銹鋼、碳素鋼、20#鋼、10#鋼[32]、鐵，不同管材導(dǎo)熱系數(shù)分別為14.63，43.07，

51.85，59.38，73.3 W/m ·K。根據(jù)以上參數(shù)水平的選擇，確定正交因素水平表（表3）。

3.3 指標(biāo)選取定義蓄熱率T和蓄熱耗電比P這2個物理量。蓄熱率為充填體實(shí)際蓄熱量與集熱器集熱量的比值，該值越大說明集熱器集得的熱量更多的儲存到充填體中。蓄熱耗電比為水泵耗電量與充填體蓄熱量的比值，表示在單位充填體的蓄熱量下水泵的耗電量，該值越小說明單位耗電量更低，蓄熱更高效。蓄熱率T和蓄熱耗電比P作為評價蓄熱效果的2個參數(shù)，其計(jì)算式如下。

T=Q 1/Q 2

（3）

式中 Q 1為蓄熱季充填體蓄熱量，kW ·h；

Q 2為蓄熱季集熱器集熱量，kW ·h。

P=W/Q 1

（4）

式中 W為蓄熱季蓄熱水泵耗電量，kW ·h；Q 1為蓄熱季充填體蓄熱量，kW ·h。

4 正交試驗(yàn)結(jié)果需要著重研究的因素分別為集熱器面積、蓄熱水箱體積與集熱器面積比、充填體導(dǎo)熱系數(shù)、地埋管間距、埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)，每個因素5個水平，最終確定選擇L 25（55）正交表，共進(jìn)行25次正交模擬試驗(yàn)并得出正交模擬試驗(yàn)結(jié)果（表4）。在所有試驗(yàn)中隨著因素取值的改變，蓄熱率最小為48.05%，蓄熱率最大為78.95%，蓄熱率增幅為39.10%；蓄熱耗電比最大為1.56%，蓄熱耗電比最小為0.89%，蓄熱耗電比降幅為42.95%。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果采用極差分析法分析各參數(shù)對指標(biāo)的影響程度（表5）。極差越大說明因素影響程度越大，根據(jù)R j的大小判斷各因素對評價指標(biāo)影響程度。對蓄熱率的影響程度由大到小依次為集熱器面積、充填體導(dǎo)熱系數(shù)、地埋管間距、埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)和蓄熱水箱體積與集熱器面積比；各因素對耗電比的影響程度由大到小依次為集熱面積、埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)、充填體導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱水箱體積與集熱器面積比和地埋管間距。

4.1 以蓄熱率為指標(biāo)集熱器面積對充填體溫度場變化率的影響最大，集熱器面積A對應(yīng)最大值為（K 5j，即當(dāng)集熱器面積取640.48 m2時，蓄熱率變化率最大（圖6）。

當(dāng)集熱器面積增大時，蓄熱率先急劇增大后趨于平緩，說明改變集熱器的面積對蓄熱率的影響非常顯著，在不考慮經(jīng)濟(jì)性的情況下，選取集熱器面積為640.48 m2時蓄熱率平均值最高，達(dá)到73.55%。當(dāng)蓄熱水箱體積與集熱器面積比增大時，蓄熱率變化幅度很小，所以在選取水箱體積時應(yīng)該根據(jù)實(shí)際負(fù)荷與工況進(jìn)行選取。隨著充填體導(dǎo)熱系數(shù)增大，蓄熱率隨之增大，并當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)增至0.8 W/（m ·K）后，蓄熱率增幅明顯。因此，對充填材料進(jìn)行優(yōu)化配比，提高充填體導(dǎo)熱系數(shù)，對提高系統(tǒng)熱性能具有重要作用。當(dāng)?shù)芈窆芄荛g距增大時，蓄熱率先增大至峰值隨后降低，當(dāng)?shù)芈窆荛g距為5 m時，蓄熱率平均值最高，達(dá)到67.88%。 當(dāng)埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)增大時，蓄熱率變化幅度很小且變化規(guī)律不明顯，說明埋管管材的導(dǎo)熱系數(shù)對蓄熱率的影響并不顯著。綜上可知，集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)參數(shù)變化對蓄熱率有顯著影響，蓄熱水箱體積與集熱器面積比對其基本無影響，地埋管管間距和管材的導(dǎo)熱系數(shù)要選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)。所以增加集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)、選取適當(dāng)?shù)男顭崴潴w積與集熱器面積比、地埋管管間距和管材的導(dǎo)熱系數(shù)更有利于蓄熱。

4.2 以蓄熱耗電比為指標(biāo)集熱器面積對充填體溫度場變化率的影響最大，集熱器面積A對應(yīng)最大值為 "5j，即當(dāng)集熱器

面積取640.48 m2時，蓄熱耗電比變化率最?。▓D7）。

當(dāng)集熱器面積增大時，蓄熱耗電比先急劇減小后變化趨于平緩。之后增大集熱器面積，對蓄熱耗電比并無較大影響。當(dāng)蓄熱水箱體積與集熱器面積比增大時，蓄熱耗電比逐漸減小后略有增大；當(dāng)充填體導(dǎo)熱系數(shù)增大時，蓄熱耗電比隨之減小，說明充填體導(dǎo)熱系數(shù)越大系統(tǒng)蓄熱越高效；當(dāng)?shù)芈窆芄荛g距增大時，蓄熱耗電比先減小后增大，這是因?yàn)樵诤碾娏坎蛔兊那闆r下蓄熱量隨著管間距的增大逐漸減小，導(dǎo)致耗電比增大，不利于蓄熱；當(dāng)埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大時，蓄熱耗電比整體呈下降趨勢，更有利于蓄熱。對于蓄熱耗電比，集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)以及埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)變化時均有顯著影響，蓄熱水箱體積與集熱器面積比和地埋管管間距對其影響程度很小，選取適當(dāng)?shù)男顭崴潴w積與集熱器面積比和地埋管管間距可使蓄熱更高效。

4.3 優(yōu)化方案選取通過正交試驗(yàn)分析可知，集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)對蓄熱率和蓄熱耗電比都有顯著影響，水箱體積與集熱器面積比對蓄熱率和蓄熱耗電比均無顯著影響。根據(jù)以上分析以及正交試驗(yàn)表可知，為了同時保證較高的蓄熱率和蓄熱耗電比，各因素的方案選取為A 5B 1C 5D 4E 3，對應(yīng)集熱器面積為640.48 m2、蓄熱水箱體積為90.44 m3、充填體導(dǎo)熱系數(shù)為1.1 W/（m ·K），地埋管管間距為7 m，埋管管材導(dǎo)熱系數(shù)51.85 W/（m ·K）。

4.4 方案對比將初始方案與正交試驗(yàn)之后所得的優(yōu)化方案進(jìn)行對比（表6）。

分別對2個方案進(jìn)行為期10 a的模擬運(yùn)行，圖8是2種方案的充填體平均溫度變化逐年變化曲線圖。模擬中每年的因素參數(shù)設(shè)置是相同的，因此比較10 a后充填體平均溫度的情況，可以反應(yīng)2種方案蓄熱效果的差異。比較10 a后充填體溫度變化，可得優(yōu)化方案的蓄熱效率高。即每年將更多的熱量蓄到了充填體中。圖9是2種方案集熱器年均集熱量，圖10是2種方案充填體年均蓄熱量。比較10 a集熱器集熱量和充填體蓄熱量，集熱器集熱量以及充填體蓄熱量明顯增加，說明優(yōu)化后的系統(tǒng)集熱量以及集熱效果更佳。

將2種方案模擬結(jié)果進(jìn)行對比（表7）。從表中可知，與原始方案相比，在耗電量相近的情況下，集熱器集熱量和充填體蓄熱量分別提高了30.73%和39.49%；蓄熱率從64.82%提高到了74.21%，提高了12.65%；蓄熱耗電比從1.42%降低到1.02%，降低了28.17%。正交試驗(yàn)所得的最優(yōu)方案下的蓄熱季蓄熱率和蓄熱耗電比均較原始方案效果更好，從而證明了對影響因素參數(shù)分析的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 論

1）提出了一種太陽能耦合充填體熱泵系統(tǒng)。將太陽能與充填體熱泵結(jié)合起來，充分利用礦區(qū)的太陽能，增加了充填體的蓄熱并且降低了充填體的年平均溫降。2）在太陽能耦合充填體熱泵系統(tǒng)蓄熱過程中，集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)對蓄熱季蓄熱率和耗電比均有顯著影響，集熱器面積和充填體導(dǎo)熱系數(shù)越大，充填體溫度變化率及蓄熱季蓄熱率越高。3）在太陽能耦合充填體熱泵系統(tǒng)蓄熱過程中，蓄熱水箱體積與集熱器面積比對蓄熱季蓄熱率和蓄熱耗電比幾乎沒有影響。

4）優(yōu)化前后的系統(tǒng)模擬運(yùn)行十年，在耗電量相近的情況下，集熱器集熱量和充填體蓄熱量分別提高了30.73%和39.49%。 "參考文獻(xiàn)（References）：

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（責(zé)任編輯：李克永）