太阳能辅助水源热泵供暖系统运行策略分析

发布时间：2017-10-25 12:38

  本文关键词：太阳能辅助水源热泵供暖系统运行策略分析

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【摘要】：随着建筑节能的发展,开发和利用新型、高效、清洁的可再生能源势在必行。水源热泵作为一种可再生能源利用技术,具有高效、清洁的特点。然而,我国北方地区冬季的水源温度较低,进而导致热泵机组能效较低。其中一个解决方案为增加辅助热源,提高系统蒸发温度,进而提高系统能效。我国大部分采暖地区的太阳能资源丰富,利用太阳能辅助水源热泵可提高一次能源利用效率,给系统带来一定的节能效益。本文旨在提出一种高效的太阳能短期蓄热与水源热泵的联合供暖系统运行策略。首先,本文在现有非直膨式太阳能辅助水源热泵供暖系统的基础上,提出了一种新型的太阳能辅助水源热泵的供暖系统形式,并对该系统的运行模式进行了分析,给出系统太阳能集热器与蓄热水箱的确定方法。其次,针对该短期蓄热能源联合系统,提出三种系统运行策略,分别为储热时间最短策略和太阳能直供优先策略以及定时供暖策略。分析方法：根据典型年太阳辐射的数据,计算供暖季内日累计最大、最小以及平均太阳辐射强度,并在该跨度范围内,按照等差数列的原则,多个典型日。其中日累计辐射低于平均值的典型日仅讨论储热时间最短策略,高于平均值的典型日则讨论三种运行策略并进行对比,以系统能效COP为目标,比较三种运行策略。经过典型日的分析,选择系统能小较高的运行策略,在供暖季内根据太阳辐射强度进行组合,并与供暖季储热时间最短单一运行策略进行对比,分析系统的能效。再次,在上述分析方法的基础上,利用TRNSYS仿真平台搭建系统建模,基于某一实际工程案例,通过对模型中关键参数的设定,使其符合实际系统。比较太阳能集热、蓄热系统的模拟与实测数据,验证了模型的合理性。分别模拟三种运行策略下典型日系统运行情况,并将典型日中能效较高的运行策略作用在供暖季,进而比较供暖季内单一运行策略与组合运行策略系统性能的大小关系。最后,分析集热器面积、蓄热水箱容积对典型日以及供暖季运行策略的影响,以期给短期蓄热太阳能辅助水源热泵供暖系统在不同的系统配置和天气条件下运行策略提供参考。
【关键词】：太阳能 水源热泵 性能系数 运行策略 TRNSYS
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU832;TU17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究意义及研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 直膨式太阳能辅助热泵系统研究现状11-12
• 1.2.2 非直膨式太阳能辅助热泵系统研究现状12-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-16
• 1.3.1 存在的问题14-15
• 1.3.2 本文主要研究内容15-16
• 2 太阳能辅助水源热泵供暖系统设计16-28
• 2.1 太阳能辅助水源热泵系统形式设计16-18
• 2.1.1 非直膨式太阳能辅助水源热泵供暖系统形式介绍16-18
• 2.1.2 新型太阳能辅助水源热泵系统的提出18
• 2.2 太阳能辅助水源热泵供暖系统运行模式18-21
• 2.3 太阳能辅助水源热泵供暖系统设计方法21-23
• 2.3.1 集热器面积确定方法21-22
• 2.3.2 蓄热水箱确定方法22-23
• 2.3.3 循环水泵流量确定23
• 2.4 太阳能辅助水源热泵供暖系统运行控制策略23-27
• 2.4.1 储热时间最短策略23-24
• 2.4.2 太阳能直供优先策略24-26
• 2.4.3 太阳能定时供暖策略26-27
• 2.5 太阳能辅助水源热累供暖系统控制策略27
• 2.5.1 集热循环系统的控制策略27
• 2.5.2 热泵机组的控制策略27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 太阳能辅助水源热累供暧系统仿真模型28-42
• 3.1 系统主要模块数学模型28-36
• 3.1.1 太阳福射计算模型28-29
• 3.1.2 集热器计算模型29-30
• 3.1.3 蓄热水箱计算模型30-31
• 3.1.4 热泵机组计算模型31-33
• 3.1.5 负荷侧计算模型33
• 3.1.6 循环水泵计算模型33-34
• 3.1.7 热交换器计算模型34
• 3.1.8 系统的控制模型34-36
• 3.2 基于TRNSYS的部分模型验证36-40
• 3.2.1 太阳能短期蓄热实验原理36-37
• 3.2.2 实验台介绍37
• 3.2.3 实验测试方法37-38
• 3.2.4 模拟与实验结果对比分析38-40
• 3.3 基于TRNSYS软件的系统模型建立40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 太阳能辅助水源热泵供暖系统运行策略分析42-68
• 4.1 运行策略的研究模型42-44
• 4.1.1 运行策略的研究方法42-43
• 4.1.2 运行策略评价指标43-44
• 4.2 系统设计实例44-47
• 4.2.1 建筑概况44
• 4.2.2 太阳能与热负荷44-45
• 4.2.3 系统设备的选用45-47
• 4.3 典型日选择以及运行设置47-50
• 4.3.1 典型日选择47-48
• 4.3.2 典型日太阳辐射与供暖热负荷48-50
• 4.3.3 典型日设备参数50
• 4.4 典型日运行策略分析50-64
• 4.4.1 储热时间最短策略50-57
• 4.4.2 太阳能直供优先策略57-60
• 4.4.3 太阳能定时供暖策略60-63
• 4.4.4 典型日运行策略分析63-64
• 4.5 供暖季运行策略分析64-66
• 4.6 经济效果评价66
• 4.7 本章小结66-68
• 5 太阳能辅助水源热泵系统运行策略影响因素分析68-81
• 5.1 集热器面积影响因素分析68-74
• 5.1.1 典型日集热器面积影响因素分析69-72
• 5.1.2 供暖季集热器面积影响因素分析72-74
• 5.2 蓄热水箱容积影响因素分析74-79
• 5.2.1 典型日蓄热水箱容积影响因素分析74-78
• 5.2.2 供暖季蓄热水箱容积影响因素分析78-79
• 5.3 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况87-88
• 致谢88-89

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本文编号：1093799