太阳能光伏环路热管辅助热泵供暖系统性能分析

发布时间：2020-07-22 23:34

【摘要】：为缓解夏热冬冷地区冬季供暖设备能耗高、舒适性差的问题,本文将太阳能光伏环路热管技术与水源热泵技术相结合,构建了一种新型太阳能光伏环路热管辅助热泵供暖系统。该系统结合了环路热管布置灵活、高效传热和环境适应性强等优势,并将地表水源和太阳能作为水源热泵的双热源,以增强系统运行的稳定性。该系统在充分提高光热转换效率的同时,还可以将生产的电能并入国家电网产生一定的收益,进而提高系统的经济性。本文通过理论分析、数学模拟等方式,研究了该系统在夏热冬冷地区的运行性能和关键参数对系统运行性能的影响,探讨了系统的社会经济效益。基于热力学第一定律及能量平衡原理,建立了太阳能光伏环路热管环路数学模型。基于瞬态模拟软件TRNSYS,将环路热管环路模型与水源热泵环路模型相耦合,构建了整套系统的数学模型。依据所建模型,探究了该系统短期及长期运行性能变化规律。研究发现,与单独水源热泵供暖系统相比,该系统可有效提升水源热泵运行性能,节约供暖耗电量。针对主要设计及运行参数的模拟分析发现,集热器面积、水箱容积及太阳能蓄热时间段是该系统运行性能的主要影响参数。以单独水源热泵供暖系统为基准,该系统具有显著节能、经济和环境效益。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU832.1
【图文】：

太阳能,串联式,太阳能系统

图 1-1 串联式太阳能辅助热泵系统式太阳能辅助热泵系统如图 1-2 所示，该系统的太阳能系统和热泵种系统形式的优势为在太阳能较为充足时能够实现太阳能直接供行；劣势为没有提升热泵蒸发器的进水温度，以至于无法提高水。

太阳能,并联式,水源

第 1 章绪论进行加热或应用其他水源（如地表水）作为热泵的热源。图 1-1 串联式太阳能辅助热泵系统并联式太阳能辅助热泵系统如图 1-2 所示，该系统的太阳能系统和热泵系统。这种系统形式的优势为在太阳能较为充足时能够实现太阳能直接供暖和歇运行；劣势为没有提升热泵蒸发器的进水温度，以至于无法提高水源热性能。

混联式,太阳能

图 1-3 混联式太阳能辅助热泵系统除了对太阳能辅助热泵系统形式的研究，近年来主要的研究方向还包括：太能和其他可再生能源联合作为热泵的热源；太阳能辅助热泵系统的光电光热综合用等。研究的方式包含运用 TRNSYS 等软件进行运行性能模拟以及建立实验平台纵玉金等[46]设计并研究了一种新型的太阳能-地下水源热泵系统，该系统以串联式阳能辅助热泵系统为基本形式，应用太阳能系统生产的 10 ℃ ~25 ℃的低温热水作水源热泵的热源，并将热量传递给供暖末端的高温热媒中，可实现有效地降低太能系统投资成本的目的。当太阳辐照强度较低时，蓄热水箱中水的温度将低于地水温度，此时水源热泵热源将由蓄热水箱中水转换为地下水，可保持供热的稳定和连续性。季杰等人[47]建立了一个 PV-SAHP 系统试验台，将蒸发器和太阳能 PV 结合，用蒸发器的吸热作用带走 PV 板的热量。最终该系统的平均性能系数（COP为 5.4，最高可达 10.4，平均光电效率为 13.4%。结果显示 PV-SAHP 系统能够有地提高热泵的运行性能与太阳能系统的光电转化效率。因此，将太阳能系统和热泵相结合能够提高热泵的性能系数，还可提高太阳

【参考文献】