太阳能综合利用辅助地源热泵系统的应用研究

发布时间：2020-10-14 05:51

　　 温度是影响厌氧发酵的主要因素。针对东北严寒地区,通常采用燃煤锅炉来保证厌氧发酵的温度,但燃煤锅炉一次能源利用系数不高,且煤炭燃烧会对环境造成污染,国家现在又大力提倡节能环保,不少地区出台政策要逐渐取缔燃煤锅炉。所以,基于现在的基本国情和相关政策,论文特提出太阳能综合利用辅助地源热泵系统(以下简称光伏能源热泵系统)作为厌氧发酵的热力配套。系统本身所制取的热能供给污水处理设备厌氧段,以保证厌氧处理过程的高效进行,而本身所产生的电能除去一部分自用之外,其余能量可供给污水处理系统的循环泵及风机系统,以满足其能耗需求,从而达到绿色环保、低成本运行的目的。论文前期通过大量论证,确定项目方案。然后对光伏能源热泵系统进行搭建,主要是通过对单个光伏光热一体化模块进行设计实现,然后选用以热定电即依据供热量的多少来确定发电量,来确定光伏光热集成模块的布置和数量。通过对地源热泵系统的设计和实现,通过必要的暖通设计连接,电气布置等实现系统的搭建。通过对系统的运行及测试,主要对太阳能模块进行了空晒升温测试、光伏能源热泵系统热源侧温度变化及使用侧温度变化进行了数据测试。通过实验可知,光伏能源热泵系统COP值主要受到太阳能制热性能的影响。这是由于该系统于寒冬季节开始运行,地源出水温度较为恒定,始终保持在5~7℃左右,平均COP为2.0。而太阳能则与当日天气状况、室外温度有一定的关系,其热源提供温度在5~20℃变化。因此,综合全天热能供给与耗电水平,该系统综合热泵COP水平在3.5左右。总之,论文提出的光伏能源热泵系统具备良好的供热能力,其综合热泵COP值约在3.5左右,高于普通燃煤或燃气一次能源利用效率。由于其新能源供热功能的实现,很好的保证了厌氧发酵罐的反应温度,保证畜禽粪污无害化处理系统能够正常、高效的运行,有望为北方地区污水处理工程及大中型沼气工程热力配套提供一种技术解决方案及依据。
【学位单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ920.5
【部分图文】：

新能源系统供暖对比在新能源供暖市场中占据一定的比例的包含有空气源热泵、地源热泵、水源热泵、燃气锅炉、生物质锅炉等。 空气源热泵系统空气源热泵机组在低的环境温度下工作时，有结霜现象出现，分别在蒸发器侧铜管上，导致制冷剂的蒸发温度下降，换热器的传热效果恶化，机组的性能大大降低的空气源热泵产品见图 2.1 所示，空气源热泵原理是利用逆卡诺循环来不断提取空热能，提高品位后供给室内以达到供暖的目的。但正是由于其初级热源来自于空气受环境温度的影响较大。目前商业化的空气源机组，其适用温度范围一般不低，比较适合于极冷气温不低于-10℃的中部及南部地区。但即使是应用在中部，亦冬季蒸发器的除霜问题。若应用在东三省地区，由于冬季室外温度过低，其能效值不足，效率甚至低于电锅炉。而一些有实力的厂家研发的超低温空气源，在东北严 COP 值虽有提升，但除霜问题仍难以解决。因此，在东北严寒地区，空气源热泵使用极为有限。

1.2 地源热泵系统美国的地源热泵技术应用范围变大，跃居成为地源热泵生产和使用国家的首位[26-2源热泵系统是近几年寒冷地区供暖转型的重点，典型的地源热泵产品见图 2.2 所示，质原理亦是逆卡诺循环，与空气源不同的是其初级热源利用的是地热能。地源热泵系的能量来源一般都来自于常温层。通过闭合 U 型管或者平面浅层循环的方式，地源热统源源不断的提取地热能用于建筑物的供暖。一般热泵系统是一个三重供应系统，包热、冷却和水冷[28]。完美的运行模式为冬季供暖提取地热能，夏季制冷又把能量还给层，以此达到冷热平衡。但在寒冷地区，夏季冷负荷极低，可还给常温层的热能有限而久之，就会导致 U 型管所在地热层区域温度逐渐降低，反过来影响热泵机组的 C年降低，功耗越来越大。同时，其施工量庞大，维护比较困难，对地域面积有硬性要此其在寒冷地区的推行亦受到了一定的限制。

图 2.2 类型地源热泵系统产品及运行原理Fig.2.2 Ground source heat pump system product and operation principle2.1.3 水源热泵水源热泵的局限性更加显著，典型的水源热泵系统产品见图 2.3 所示。其是提取地下水或临近表面水源所蕴含的热能从而供给建筑物以满足其热能需求。但近年来，其缺点越来越明显。首先，安装限制，要求其附近必须有水源或必须打井以提取地下水。其次，从地下抽取大量循环水后，难以完全补给，造成了地下水资源浪费另外，还可能由于循环系统的不封闭及不洁净性造成水资源的污染。而针对系统本身而言，长期抽取地下水使换热器结垢，从而影响其能效比。鉴于其所带来的环境问题及实际工作表现，很多地方已经明确出台政策严禁使用水源热泵机组。其在寒冷地区的发展亦夭折与摇篮状态。
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本文编号：2840281