光伏环路热管双热源热泵热水系统性能优化研究

发布时间：2020-11-02 03:46

【摘要】：在本文中,研究了一种新型光伏环路热管/双热源热泵热水系统的运行特性,并对其工作性能进行了优化,以解决生活热水能耗较高的问题。本文的主要研究内容如下:为改善所研究系统的运行性能,利用本课题组之前所建系统数学模型,依次对集热板表面的光伏组件覆盖率、水箱容积等关键结构参数进行优化。在此基础上,研究不同运行策略对目标系统全工况运行性能的影响。研究发现,在合理范围内提高光伏覆盖率、减小水箱容积,以及在不利工况下提前开启热泵模式运行,能够使系统的全年逐日平均太阳能供热百分比提高约7%,全年净耗电量下降55.7%,节能效果显著提升。基于最优结构参数和最优运行策略,通过研究和对比目标系统与太阳能辅助空气源热泵热水系统、传统空气源热泵热水系统的运行性能,预测了目标系统在寒冷地区应用的可行性。研究结果表明,相比于后两种系统,目标系统在寿命周期内的净耗电量可以下降约72%至79%,二氧化碳减排约65%至74%,经济成本降低约59%至66%,具备在寒冷地区推广应用的潜力。针对光伏-环路热管循环在运行过程中可能出现的某些不利工况,提出了相应的应变措施,即利用空调排风余热调节集热板与光伏组件的工作温度,提高系统的太阳能利用效率。基于质量、动量和能量守恒定律,借助ANSYS Fluent软件对PV/T集热蒸发器建立了数学模型,并利用所建模型研究了应变对光伏-环路热管循环启动和运行性能的影响。经研究发现,通过采取应变措施,可以使系统在夏季应变时段内的发电量增加7.8%至11.5%,光电利用效率明显提高;在冬季工况下,日出半小时内的有效集热量增加375.7%,集热性能得到有效改善。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU822
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 太阳能辅助热泵技术
        1.2.2 太阳能光伏光热综合利用技术
        1.2.3 PV/T-环形热管/热泵复合技术
        1.2.4 系统优化方法
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 光伏环路热管/双热源热泵热水系统运行特性
    2.1 系统的主要结构与运行原理
    2.2 结构参数和运行策略影响分析
        2.2.1 水箱容积对系统性能的影响
        2.2.2 光伏组件覆盖率对系统性能的影响
        2.2.3 运行策略对系统性能的影响
        2.2.4 优化效果评估
    2.3 社会-经济效益分析
        2.3.1 节能效益分析
        2.3.2 环境效益分析
        2.3.3 经济效益分析
    2.4 本章小结
第3章 可应变光伏环路热管循环数学模型
    3.1 不利工况与应变措施
    3.2 环路热管传热传质分析
        3.2.1 PV/T集热蒸发器传热传质分析
        3.2.2 冷凝端传热传质分析
    3.3 PV/T集热蒸发器简化物理模型
    3.4 控制方程
        3.4.1 PV/T集热蒸发器传热计算模型控制方程
        3.4.2 集热管传质模型控制方程
    3.5 边界条件设置
        3.5.1 PV/T集热蒸发器传热计算模型边界条件
        3.5.2 集热管传质模型边界条件
    3.6 本章小结
第4章 可应变光伏环路热管循环性能研究
    4.1 数学模型验证
    4.2 夏季工况的排风余热影响分析
        4.2.1 无应变措施的环路热管性能分析
        4.2.2 入口风速对环路热管性能的影响
        4.2.3 应变策略对环路热管性能的影响
    4.3 全年应变效果评估
    4.4 应变对光伏-环路热管冬季启动的影响
    4.5 本章小结
结论
附录
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 赵东来;胡春雨;柏德胜;李武峰;;我国建筑节能技术现状与发展趋势[J];建筑节能;2015年03期

2 张龙灿;裴刚;张涛;季杰;;新型光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统[J];化工学报;2014年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 付新书;太阳能光伏—环路热管热泵供热系统性能研究[D];燕山大学;2017年

2 王立新;回路型重力热管蒸发腔沸腾传热的FLUENT数值分析[D];浙江大学;2006年

本文编号：2866524