太阳能光伏光热复合空气源热泵热水系统性能研究

发布时间：2017-09-02 14:14

  本文关键词：太阳能光伏光热复合空气源热泵热水系统性能研究

  更多相关文章： PV/T 复合热源热泵热水系统 多孔扁盒 运行模式 光电/光热效率

【摘要】：随着世界能源需求的不断增长,可再生能源的开发和利用逐渐成为人们研究的重点。太阳能以其取之不尽、安全、无污染等特点受到人们的重视；近年来,我国城镇化建设的步伐不断加快,建筑能耗随之大幅度增加,而在建筑能耗中,暖通空调系统和热水系统所占的比例接近60%。因此研究一种基于太阳能利用的光伏/光热一体化热泵热水系统,在实现光伏发电的同时,为建筑物提供用于供暖和生活用的热水成为一种可以缓解能源压力的有效途径。本文围绕自行研发的裸板式多孔扁盒集热器,搭建了太阳能光伏光热复合空气源热泵热水系统实验平台,以提高系统的光热/光电输出性能和推动其实现产品实用化为目的进行了相关的研究。首先,根据目前的光伏组件加工工艺,研发了一种多晶硅PV/T裸板集热/蒸发器。集热器背部焊接6根铝制多孔扁盒结构集热管作为吸热装置,扁盒截面尺寸为25mm×2.5mm,每个扁盒管内部分为5个相同的矩形流通通道。以此为核心与风冷式翅片管蒸发器进行混联搭建了光伏/光热一体化热泵(PV/T-HP)热水系统实验台。其次,根据系统不同控制方式,提出双热源运行、单太阳能运行、单空气能运行三种不同模式。针对三种不同模式,在常州地区春季和夏季工况条件下将200 L加热到55℃,探讨不同运行模式下,环境工况对实验性能的影响。结果显示夏季工况下,双热源运行模式分别比单太阳能和单空气能模式的加热时间缩短了42%和54%,COP分别提高了24.47%和40.14%；春季工况下双热源运行模式下分别比单太阳能和单空气能模式的加热时间缩短了29.7%和45.8%,COP分别提高了22.1%和39.0%；另外,针对热泵热水系统中的板式蒸发器、压缩机、冷凝水箱、膨胀阀四个部件建立了相应的数学模型。对热泵系统在室外环境温度为30℃条件下进行了相关热力性能的模拟及误差分析。结果显示加热时间的模拟值与实验值最大误差为5.14%,最小误差为0.20%；COP的模拟值与实验值最大误差为18.67%,最小误差为1.44%。最后,针对搭建的实验平台,研究了在常州地区春季和夏季工况条件下,系统进行循环加热热水的性能实验。对比研究了系统热电联供模式和单一光电模式下的性能,深入探讨了太阳辐射强度、环境温度、PV/T集热板温度等参数对系统光电/光热性能的影响。结果显示,夏季工况下的平均光热效率为55%,热电联供模式光电效率为15.4%,单一光电模式的光电效率为12.4%；春季工况下的平均光热效率为53.5%,热电联供模式光电效率为21.5%,单一光电模式的光电效率为18.5%。为系统的推广应用提供了数据支持。
【关键词】：PV/T 复合热源热泵热水系统 多孔扁盒 运行模式 光电/光热效率
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU822;TU18
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 主要符号表10-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-17
• 1.1.1 可再生能源利用现状12-13
• 1.1.2 太阳能资源13-14
• 1.1.3 太阳能利用现状14-17
• 1.2 热泵系统研究现状综述17-21
• 1.2.1 太阳能光伏光热系统研究现状17-18
• 1.2.2 空气源热泵系统研究现状18-19
• 1.2.3 太阳能热泵系统研究现状19-21
• 1.3 本文主要研究内容21-22
• 第二章 太阳能光伏光热复合空气源热泵(PV/T-HP)热水系统及实验台构建22-31
• 2.1 太阳能光伏光热复合空气源热泵热水系统原理与特点22-23
• 2.2 太阳能光伏光热复合空气源热泵热水系统实验平台23-30
• 2.2.1 太阳能光伏光热复合空气源热泵热水系统实验平台组成23-26
• 2.2.2 PV/T复合热源热泵热水系统实验测试系统26-29
• 2.2.3 实验误差分析29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 复合热源热泵热水系统性能实验研究31-37
• 3.1 复合热源热泵热水系统运行模式介绍31
• 3.2 不同季节工况下系统各运行模式加热热水实验性能分析31-34
• 3.2.1 夏季工况下不同运行模式系统加热热水性能分析31-33
• 3.2.2 春季工况下不同运行模式系统加热热水性能分析33-34
• 3.3 不同季节工况下系统各运行模式加热热水实验性能对比34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第四章 复合热源热泵系统热力性能模拟研究37-50
• 4.1 复合热源热泵热水系统数学模型37-49
• 4.1.1 板式蒸发器数学模型37-42
• 4.1.2 压缩机的数学模型42-43
• 4.1.3 冷凝水箱的数学模型43-45
• 4.1.4 热力膨胀阀数学模型45-46
• 4.1.5 热泵热力循环系统模型与验证46-49
• 4.2 本章小结49-50
• 第五章 太阳能光伏光热复合空气源热泵(PV/T-HP)热水系统实验性能研究50-60
• 5.1 PV/T复合热源热泵热水系统实验运行特性50-56
• 5.1.1 性能评价指标50-52
• 5.1.2 不同季节恒定进水温度下PV/T复合热源热泵热水系统热输出特性分析52-55
• 5.1.3 PV/T集热蒸发板集热性能分析55-56
• 5.2 PV/T复合热源热泵热水系统热电联供与单一光电输出模式性能对比56-59
• 5.2.1 恒定进水温度下系统热电联供与单一光电模式性能对比56-57
• 5.2.2 PV/T集热蒸发板温度对光电输出特性影响57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-63
• 6.1 研究总结60-61
• 6.2 研究展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 作者简介68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：779031