太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的輻射供暖系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

【摘要】：為滿足我國生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展需求,本文研究了一種采用太陽能和熱泵作為熱源的建筑輻射供暖系統(tǒng),以南京地區(qū)的一棟供暖面積為335.740m2的三層別墅型住宅建筑為研究對(duì)象,通過系統(tǒng)建模和模擬分析的方法展開研究工作,主要研究成果包括以下五個(gè)方面：1、利用DeST軟件模擬建筑逐時(shí)負(fù)荷,得到供暖期的建筑總能耗為65047.869MJ。設(shè)計(jì)采用舒適、節(jié)能環(huán)保的太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的輻射供暖系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)中的太陽能集熱器、蓄熱水箱和空氣源熱泵進(jìn)行理論分析和數(shù)學(xué)模型建立,并對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行了選型。2、根據(jù)理論計(jì)算模型得出7組典型設(shè)計(jì)參數(shù),以蓄熱水箱體積與集熱面積的比值(VAR)表示分別為0.027m,0.033m,0.041m,0.053m,0.073m,0.115m和0.235m。3、利用TRNSYS軟件建立系統(tǒng)模型,根據(jù)以上7組參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)模擬研究,結(jié)果顯示：VAR在0.027-0.235m范圍內(nèi)變化時(shí),平均集熱效率在0.373～0.488之間,日平均有效集熱量在278.996-295.506MJ之間,供暖期熱泵的耗電量在2718～2905kWh之間。4、根據(jù)TRNSYS軟件模擬結(jié)果,優(yōu)化研究太陽能集熱系統(tǒng)的集熱面積、蓄熱水箱體積和集熱溫度。從系統(tǒng)投資(費(fèi)用年值法)、蓄熱水箱中水溫的變化情況以及太陽能保證率方面研究,結(jié)果表明：VAR在0.053～0.073m范圍內(nèi)時(shí),系統(tǒng)費(fèi)用年值較低,此時(shí)集熱過程中蓄熱水箱內(nèi)的平均水溫可達(dá)42y47℃,能夠滿足輻射末端供水溫度的要求,供暖期太陽能保證率在53.258%左右,VAR的變化對(duì)系統(tǒng)的太陽能保證率影響小于5.750%。設(shè)計(jì)研究以VAR=0.053m為例,Ac=64m2,Vw=3.403m3,建筑供暖面積與集熱面積的比值為5.2：1,供暖期的太陽能保證率為53.104%。5、根據(jù)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)從經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能環(huán)保效益方面,對(duì)太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖系統(tǒng)與燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電輔助太陽能供暖系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示：太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖方案的費(fèi)用年值最低,為10246元／年,且該系統(tǒng)每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤為2.555噸,二氧化碳減排量為6.801噸。本文模擬研究了太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖系統(tǒng)的運(yùn)行和應(yīng)用特性,對(duì)南京地區(qū)太陽能供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型具有借鑒作用。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 供暖系統(tǒng) 優(yōu)化 經(jīng)濟(jì)性 節(jié)能環(huán)保
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU832
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 主要符號(hào)表8-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景與意義9-12
• 1.1.1 我國供暖能耗現(xiàn)狀9
• 1.1.2 太陽能的利用特點(diǎn)9-10
• 1.1.3 太陽能與熱泵的復(fù)合方式10-11
• 1.1.4 毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)11-12
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 存在的問題與解決方案14
• 1.3 本課題研究內(nèi)容和方法14-16
• 第二章 建筑全年逐時(shí)能耗模擬16-21
• 2.1 建筑概況及模型建立16-18
• 2.1.1 建筑概況介紹16-18
• 2.1.2 建筑模型建立18
• 2.2 建筑全年能耗模擬18-21
• 2.2.1 相關(guān)參數(shù)設(shè)定18-19
• 2.2.2 模擬結(jié)果分析19-21
• 第三章 太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的輻射供暖系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)21-34
• 3.1 太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的輻射供暖系統(tǒng)系統(tǒng)介紹21-22
• 3.1.1 系統(tǒng)工作方式21-22
• 3.1.2 系統(tǒng)控制方法22
• 3.2 太陽能集熱系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型22-29
• 3.2.1 太陽輻射量計(jì)算模型22-24
• 3.2.2 集熱器數(shù)學(xué)模型24-26
• 3.2.3 集熱效率計(jì)算方法26-28
• 3.2.4 集熱面積計(jì)算方法28
• 3.2.5 集熱器的安裝傾角28-29
• 3.3 蓄熱水箱設(shè)計(jì)計(jì)算29-30
• 3.3.1 蓄熱水箱數(shù)學(xué)模型29-30
• 3.3.2 蓄熱水箱體積計(jì)算30
• 3.4 空氣源熱泵設(shè)計(jì)選型30-32
• 3.4.1 空氣源熱泵工作原理31
• 3.4.2 空氣源熱泵性能系數(shù)31-32
• 3.4.3 空氣源熱泵的選型32
• 3.5 集熱系統(tǒng)循環(huán)泵的選型32-34
• 第四章 太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖系統(tǒng)的模擬優(yōu)化34-54
• 4.1 太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖系統(tǒng)模型建立34-35
• 4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)理論計(jì)算35-38
• 4.2.1 太陽輻射強(qiáng)度模擬35-36
• 4.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)范圍確定36-38
• 4.3 太陽能集熱系統(tǒng)模擬與分析38-44
• 4.3.1 集熱效率與有效集熱量模擬39-43
• 4.3.2 模擬結(jié)果總結(jié)與分析43-44
• 4.4 空氣源熱泵能耗模擬與分析44-46
• 4.4.1 空氣源熱泵供熱量模擬44-45
• 4.4.2 空氣源熱泵能耗分析45-46
• 4.5 太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖系統(tǒng)優(yōu)化分析46-51
• 4.5.1 系統(tǒng)投資對(duì)比與分析46-48
• 4.5.2 水箱水溫變化情況分析48-49
• 4.5.3 太陽能保證率分析49-50
• 4.5.4 設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果50-51
• 4.6 太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖系統(tǒng)特性研究51-54
• 4.6.1 特性參數(shù)模擬與研究51-53
• 4.6.2 模擬結(jié)果總結(jié)53-54
• 第五章 太陽能熱水和熱泵復(fù)合熱源的供暖系統(tǒng)效益分析54-59
• 5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析54-57
• 5.1.1 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)方法54
• 5.1.2 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析54-57
• 5.2 節(jié)能環(huán)保效益分析57-59
• 5.2.1 節(jié)能效益分析57
• 5.2.2 環(huán)保效益分析57-59
• 第六章 結(jié)論與展望59-61
• 6.1 結(jié)論59-60
• 6.2 不足與展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和申請(qǐng)的專利情況65

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