污水源热泵结合太阳能复合供暖系统优化及运行分析

发布时间：2020-11-08 20:56

　　 我国建筑能耗中的供暖能耗占比较大。随着全球能源危机的加剧,寻找和利用新型、清洁的可再生能源成为可持续发展的重要工作。热泵因具有节能环保的特点受到越来越多的重视,太阳能由于具备取之不尽的特点也成为研究的重要对象。将污水源热泵系统和太阳能相结合构成复合供暖系统,能够提高热泵蒸发温度和热泵工作效率,降低运行耗电量。同时避免单一太阳能供暖需要较大集热面积以及稳定性较差的问题。本文以哈尔滨某污水源热泵项目为研究背景,加入太阳能集热装置构成复合供暖系统,并按照相关的设计规范和手册对太阳能集热系统各设备进行选型和计算。提出该复合系统的基本设计形式,并对复合系统的运行模式和控制策略进行分析;以TRNSYS为平台搭建出污水源热泵结合太阳能供暖系统的仿真模型,并利用原有污水源热泵系统在过去一个供暖季内的逐月能耗数据进行验证,确保利用TRNSYS进行模拟的准确性。选取一个供暖周期的极寒季和过渡季各10天作为典型日进行模拟,分析两种典型日下系统的能耗情况以及太阳能保证率情况。改变蓄热水箱体积,模拟研究系统总能耗和太阳能集热量随蓄热水箱体积变化情况,并选出最佳节能方案。改变复合系统的工艺设计,按照设计太阳能保证率为10%~30%范围内的五种工艺条件对复合系统进行设计,并辅之以相应的蓄热水箱体积变化,模拟得出对应每种工艺条件下的最佳节能方案。在此基础上,分别对以上五种方案进行集热器倾角的优化设计,并对优化结果进行经济性分析,筛选出最优方案以便为污水源热泵系统和太阳能结合的复合供暖系统运行策略的合理制定提供参考。同时还将最优方案和原污水源热泵系统与传统燃煤供暖方式进行了对比,分析得到了其节能率,并进行相关环保性分析。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU832
【部分图文】：

通过热泵可以利用少量的电能将不能直接利用的低位热能提升为能够直接在活中直接利用的高位热能[7]。由于热泵在进行能源品位提升的同时将自身消耗并转化为了高位热能，因而热泵的 COP 大于 1 而且主要的能量还是来源于低。通过化石燃料燃烧的方式来提供热量，因燃料不能完全燃烧，所以最终提供小于化石燃料本身所含有的能量[9]。总体来说热泵供热是一种比较节能和清洁根据利用低位热源的不同，热泵主要包括水源热泵（包括污水源热泵）、空气地源热泵[10-12]。.1 污水热能利用城市污水中蕴含着丰富的低位热能，将其作为热泵的低温热源进行供暖有着巨利用价值。城市污水主要由工业废水和生活污水组成[13]。污水作为热泵系统的以下特点：

1.2.2 污水源热泵污水源热泵系统属于水源热泵中的一种。以冬季城市污水充当热源的角色，系统从污水中提取热量进行制热；而在夏季城市污水则充当冷源的角色，系统向其释放热量进行制冷。污水源热泵系统按照污水的处理状态可分为以原生污水（未经处理的污水）为热源的污水源热泵系统和以中水（处理过的二级污水）为热源的污水源热泵系统。其中以原生污水作为热泵热源具有取用方便能就近使用的优点，但是同时也面临着容易堵塞，且对热泵换热设备有腐蚀作用的问题。以城市污水厂处理过的二级污水为热源的热泵系统虽然解决了堵塞和腐蚀的问题，但是由于在城市中污水处理厂都是处在位置比较偏远的地方，因而在使用的时候受到限制。工程中用到的污水源热泵分为两类，一类是污水和热泵的热交换器直接接触的直接式系统，另外一种是加入中介水循环的间接式系统[15]。

裟茏试唇戏岣磺?Ｌ?裟茏试淳哂锌?⒗?眉壑怠Ｍ?1.3 中国太阳能资源分布图1.3.2 太阳能资源利用形式从目前社会的技术发展水平来说，太阳能主要有三种利用形式[28]。光——热转换利用形式，很显然就是通过一定技术设备将太阳辐射能转化为热能进行利用。目前常用的形式有太阳能热水器、太阳能热泵技术、太阳能热发电、太阳灶、太阳能建筑等形式。光——电转换利用形式，利用光生伏特效应原理来进行太阳能到电能的转化。大家生活中常见到的太阳能电池板就是太阳能进行电能转化的一种载体。光——化学转换利用形式，这种利用技术目前还处在研发阶段，其原理是通过半导体产生
【参考文献】

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本文编号：2875328