西昌地区空气源热泵辅助太阳能热水系统优化研究

发布时间：2018-05-05 15:40

本文选题：空气源热泵辅助太阳能热水系统 + 仿真模拟　；参考：《西南交通大学》2017年硕士论文

【摘要】：在能源危机和环境污染双重压力下,以太阳能为代表的可再生能源的开发与利用得到高度重视与大力支持。然而由于太阳能资源的不稳定性,太阳能热水工程须设置辅助热源来保证实际供能效果,将太阳能与空气源热泵有机地结合,可充分发挥各自优点,从而得到国内外学者的关注。目前,对空气源热泵辅助太阳能热水系统关键设计参数优化与运行控制的相关研究存在一定缺陷或不足。本文结合西昌地区的工程实际,对空气源热泵辅助太阳能热水系统关键参数进行优化,并研究了在不同典型气象参数下系统的最佳运行模式。研究成果可为同类型热水系统的设计优化和工程应用提供理论参考。首先,基于TRNSYS建立了完整的空气源热泵辅助太阳能热水系统模型,针对系统中重要因素及其交互作用对系统性能影响程度的研究,提出了采用正交试验法的研究方式,以太阳能保证率为目标参数,选用集热器倾角、集热器面积、水箱容积和热泵功率为影响因素,最后,各因素及其交互作用对目标参数的影响程度可通过极差分析和方差分析得出。分析结果表明,在实际工程的优化设计时,应对这4个关键参数进行同步优化。其次,在系统关键参数敏感性分析基础上,采用Hooke-Jeeves优化算法,建立了系统关键参数最优化计算模型,以系统生命周期成本为目标函数,以集热器面积、集热器倾角、水箱容积及热泵功率为优化变量,并对系统所选关键设计参数进行了同步优化。研究结果表明,优化后的COPsys普遍提高,系统性能得到明显改善,系统全年运行费用减少,全年节电率提高了 9.11%。并在此基础上,提出了在西昌地区同类型工程设计中关键参数的推荐匹配原则:单位集热面积水箱容积为70L/m2,单位集热面积热泵功率为60W/m2,最佳集热器倾角为当地纬度Φ-6°,可依据以上匹配原则对热泵功率、集热器面积、水箱容积、集热器倾角按照先后顺序进行优化。最后,在系统关键参数最优化基础上,提出了气象参数分类研究的方法,解决空气源热泵辅助太阳能热水系统在不同气象参数下运行模式优化的问题,选取了太阳辐射、空气温度2个一级指标及5个二级指标,用聚类分析法对西昌地区全年四个时段内365天进行聚类分析,用贝叶斯判别分析法检验聚类结果,针对每类群选取了典型天,并以能耗最低为优化目标确定了每类中典型天相应的最优热泵开启时间。研究结果表明,将西昌地区Ⅰ时段(冬季12、1、2月)内90天划分为11个小类,Ⅱ时段(3、6、7、8月份)内123天划分为9个小类,Ⅲ时段(4、5月份)内61天划分为4个小类,Ⅵ时段(9、10、11月份)内91天划分为8个小类,通过贝叶斯判别分析法对各时段的分类结果进行验证,判定效果较好,聚类分析针对西昌地区全年的分类结果比较合理。并根据西昌地区全年分类结果得出各小类的典型天,以此分析了每小类典型天热泵的最佳开启时间,并且验证了典型天热泵开启时间研究的准确性,得到系统全年运行策略。针对复合热水系统中空气源热泵单元的全年运行特性研究,该研究方法能够提供一条新的途径。
[Abstract]:In this paper , the key parameters of the system are optimized by using Hooke - Jeeves optimization algorithm based on TRNSYS . The results show that the optimal design parameters of heat pump are 70 L / m2 , the heat collector area , water tank volume and heat pump power are optimized . The results show that the optimal open time of the typical day heat pump in Xichang area is determined by means of Bayesian discriminant analysis . The results show that the optimal open time of each type of typical day heat pump is determined by Bayesian discriminant analysis .

【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU822

【相似文献】