建筑学论文哪里有？本文依托于石家庄地区某实验台，借助 Meteonorm 获取石家庄地区的典型气象数据，针对 40 m2 的供暖建筑面积，应用 TRNSYS 软件对其进行建筑符合模拟，并且在模拟软件中搭建耦合系统模型，对系统在不同设备参数下的运行数据进行分析，并与土壤源热泵系统进行比较，寻求该耦合系统在严寒地区应用的太阳能集热器面积与地埋管换热器之间替代方案。
第 1 章 绪论
1.2 国内外发展及研究现状
1.2.1 地源热泵技术国内外发展情况
地源热泵是将地热能提取出来后，通过输入少量的高品位能源实现热量由低品位热能向高品位热能转移的装置。地源热泵以低位热源可以分为土壤源热泵、地下水源热泵和地表水源热泵，系统由热泵机组、地埋管系统、末端系统组成。由于地下土壤不易受外界环境波动的影响，温度全年稳定，因此，通过土壤源热泵技术来开发使用地热能是一个有效的清洁节能的发展方向。
（1）国外发展情况
热泵技术的设计理念于 1852 年才首次被 W.Thomson（威廉·汤姆逊）提出，在他的一篇论文[7]当中，热泵被称为热能放大器。
1912 年，瑞士的专家首次提出了地源热泵的概念，就是将地热能作为机组的低位热源，并申请了专利，直到 20 世纪 50 年代，欧洲开始探索地源热泵技术，他们认为这是新能源的一次革命性突破，各国加入到地源热泵的研宄中，做了很多相关的实验，有土壤特性的研究、环境与热泵的匹配研究、地埋管的类型、尺寸与导热性的研究[8,9]。
1946 年，一套地源热泵系统装置在美国建成。到 20 世纪 50 年代初提出的地源热泵地埋管道线热源理论和 1954 年的柱状热源理论的基础理论研究成果被使用至今[10]。
20 世纪 80 年代至 90 年代初，美国在地源热泵供暖与供冷的研究中，开发出新型的热泵系统数学模型。人与人的想法不同，设计的模型也各种各样，其中分为地埋管动态模型、稳态模型、集总参数法设计模型、二维有限元法模型等等，主要有三种：在 1948 年，Kelvin 研究发现了线热源理并将其公布了出来，理论中的最为经典的地方就是将地埋管当无限大介质中的线热源。这个理论在非常多的地方都有着作用，并且长期以来一直使用的都是该理论，到今天进行地源热泵设计也是应用该理论[11]。1983 年，BNL 在 Kelvin 发现的线热理论进行了更加深入的研究提出了不同的观点，它不是将地埋管看作无限大介质的线热源，而是将地埋管附近的土壤进行分割，独立讨论，一个是严格区、另一个是自由区，当地埋管进行换热时，两个部分有温度的不同，会使得两个部分之间产生热量的传递[12]。1986 年，VC.Mei 运用能量平衡原理并结合热传导方程研究发现了三维瞬态边远界传热模型[13]。
第 3 章 太阳能耦合土壤源热泵的 TRNSYS 模拟
3.1TRNSYS 软件介绍
TRNSYS—一种瞬时仿真模拟软件，是由美国威廉康星大学太阳能实验室开发出来的，并且经过长时间的研发与改进，该软件越发的完善。TRNSYS 是一个可供用户自行拓展的系统仿真环境，该软件被全球的设计开发人员用来仿真研究新能源技术，从最常见的太阳能集热系统到住宅及其内部各系统的研发和仿真研究，包含了控制方式、人员活动、新能源技术（风能、太阳能、光伏，氢系统）等。
TRNSYS 主要由几个不同功能的平台组成，分别是：Simulaion Studio：仿真研究的可视化界面。可以添加和挪动相应模块到界面空间内来创建模型，通过类似实际工程中的管路线条将其进行连接，并设置相应模块的具体参数；TRNbuild：用于为多区域建筑输入你所指定的所有建筑细节；TRNEdit:是一个专门的编辑器，可以用来添加或删除 TRNSYS 中需要的文件；TRNOPT：用于所建模型的最优化模拟校正。
TRNSYS 应用程序包括：太阳能光伏光热系统；节能住宅和 HVAC 系统（通风、平板供暖、制冷等）；可再生能源系统；燃料电池；需要们进行仿真的系统、设备等等。软件自带的模型能够很简洁明了的展现出系统的所包含的设备、与运行方式，并且各个设备模块需要进行调节转化只需改变参数，非常便捷。该软件不仅包括一开始自带的常用设备模块，由于日益研究的内容在增加，自带模块逐渐无法满足研究人员的需求，所以各高校研究所不断开发新设备模块，用来满足越来越复杂的模拟研究，美国热能研究中心开发了新的用于暖通方向的模块集TESS Component Libraries，从此以后，TRNSYS 受到更多暖通专业的研究者们的关注。
第 4 章 太阳能耦合土壤源热泵系统模拟研究
4.1 土壤源热泵冬季供暖模拟研究
当设置地埋管间距为 5 m，五口地埋井，每口地埋井深 20m 时，搭建土壤源热泵系统模型，对冬季石家庄地区利用土壤源热泵系统供暖进行模拟，得到系统运行十年间的机组性能及地下温度场的变化趋势。
当土壤源热泵系统供暖时，系统以地下土壤作为低位热源，地埋管在土壤中提取热量，导致地下土壤温度下降，在夏季以及过渡季节，热泵系统不工作，让地下土壤温度缓慢回升，在供暖季，土壤源热泵系统开始供暖。地下土壤温度在一年以及十年内的温度变化情况如图 4-1、图 4-2 所示。
从图中可以看出，地下土壤初始温度为 20℃，经过一年取热后，地下土壤温度下降至 15.91℃，土壤体与旁边土壤体存在温差增大，加强换热，并且后经过夏季以及过渡季节的自然升温，温度上升至 19.19℃，冬季热泵系统开始供暖，地埋管从土壤中取热，地下土壤温度下降至 15.56℃。只依靠土壤源热泵系统为用户进行供暖，一个供暖季结束，地下土壤温度下降了 4.44℃，一年时间地下土壤温度下降率为 22.2%。经过十年运行后地下土壤温度从 20℃下降至 12.24℃，地下土壤温度下降了 7.76℃，十年内地下土壤温度下降率为 38.8%。
4.2 太阳能耦合土壤源热泵系统冬季供暖模拟研究
在这一部分研究内容中，以热泵机组源侧进、出口水温的平均值、COP 的平均值以及出投资和运行费用作为衡量指标，若太阳能耦合土壤源热泵系统的这一指标值与只有土壤源热泵系统一致且经济性最优，则可根据此时太阳能集热器面积与地埋管钻孔数量，设计出适用于地质构造复杂地区，地埋管深度减少时的太阳能集热器与地埋管的匹配方案。
4.2.1 太阳能器面积调节
在保证其它设备模块参数不变的前提下，即在设置 5 口地埋管、每口深度 20m，水箱容积为 1 m³时，仅对模型内太阳能集热器面积参数进行调节，调节集热器面积，得到不同集热器面积下，热泵机组源侧进出口温度以及 COP 的年算数平均值变化情况，如图 4-4 所示。
从图中在地埋管数量 5 口、深度 20m 时，不同太阳能集热器面积 5m2、10m2、15m2、20m2 下，热泵机组年平均进口温度分别为：14.52℃、18.41℃、22.63℃、26.10 ℃ ，热泵机组年平均出口温度分别为：13.68℃、17.56℃、21.76℃、25.22℃，热泵机组年平均进出口温差基本都在 0.86℃左右，温差波动不大，热泵机组年平均 COP 分别为：3.13、3.25、3.41、3.55。可以看出太阳能集热器的面积对机组进出口温度影响较大，在其他设备模型参数不变的情况下，太阳能集热器面积的增大会导致机组进出口温度以及 COP 的增加，太阳能集热器面积与热泵机组进出口水温以及 COP 成正相关。从图 4-4 中可以很明显看出，在地埋管数量 5 口、深度20m 时，太阳能集热器面积 10m2 时，热泵机组源侧进出口温度以及 COP 的年算数平均值都比土壤源热泵系统高出很多，所以太阳能集热器面积减少至 10m2 进行研究。
第 5 章 结论与展望
针对运用太阳能耦合土壤源热泵系统解决地质条件复杂地区用户冬季供暖问题，研究该耦合系统中太阳能集热器面积与地埋管换热器布置数量之间的合理替换方法。依托于石家庄地区某实验台，借助 Meteonorm 获取石家庄地区的典型气象数据，针对 40 m2 的供暖建筑面积，应用 TRNSYS 软件对其进行建筑符合模拟，并且在模拟软件中搭建耦合系统模型，对系统在不同设备参数下的运行数据进行分析，并与土壤源热泵系统进行比较，寻求该耦合系统在严寒地区应用的太阳能集热器面积与地埋管换热器之间替代方案。本文的主要研究工作和结论如下：
（1）对地源热泵系统和太阳能耦合地源热泵系统中涉及的系统原理进行阐述，描述了不同类型太阳能集热器结构与工作原理和不同类型地源热泵的布置与原理，分析讨论了两者的特点与不足，以及两者的互补特性，对两者耦合系统也进行理论研究：太阳能可以弥补地源热泵长期运行提取地下热量造成的地下热失衡，长时间运行效率低，地埋管铺设面积大等缺陷；而地源热泵可以弥补太阳能受气象条件影响导致的波动性，让系统更好的运行，提高系统的 COP。本文在理论分析的基础上，搭建实验台，并且对该系统搭建仿真模型，进行模拟分析，并通过实际测量的数据验证了模型精确度。
（2） 针对 40 m2 的住宅建筑面积，在石家庄地区条件下，以能达到土壤源热泵系统的年平均热泵机组源侧进出口水温以及平均 COP 为标准，并对满足标准的情况进行经济分析，发现集热器面积并不是越多越好，可以得到太阳能耦合地源热泵系统中太阳能集热器面积代替地埋管换热器的数量为：每增加 1 m2 太阳能集热器面积可以减少约 13m 地埋管长度。
（3）在石家庄地区条件下，太阳能耦合地源热泵系统由于有太阳能集热器代替地埋管的使用，所以地下温度下降程度要下于土壤源热泵系统，有助于减缓地下热失衡。
（4）在石家庄地区条件下，太阳能耦合地源热泵系统的初投资以及运行费用也要小于土壤源热泵系统，太阳能耦合土壤源热泵机组在节能减排上更具有优势，耦合系统代替土壤源系统是可行的。
参考文献（略）
