跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)能效研究

【摘要】：由于全球能源消耗量的不斷增長,建筑耗能已成為我國能源消耗的“耗能大戶”可再生能源的開發(fā)利用是我國在對傳統(tǒng)礦物能源和核能進行利弊分析之后的新型替代能源選擇,是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要能源戰(zhàn)略。太陽能作為一種可再生的清潔能源受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注,但因其間斷、不穩(wěn)定性且與熱能需求不同步的弊端限制了其發(fā)展。而儲熱技術(shù)是可以有效解決這個弊端,特別是季節(jié)儲熱技術(shù),可將非供暖期收集的太陽能儲存至供暖期使用,緩解太陽能供暖能量“冬季不足,夏季過?！钡拿?對提高全年太陽能利用率,實現(xiàn)太陽能供暖系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。本文對跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)在集熱-儲熱-取熱-供熱子系統(tǒng)耦合作用下的動態(tài)傳熱模型進行分析,針對不同集熱子系統(tǒng)形式、儲熱/放熱工況、取熱子系統(tǒng)形式建立數(shù)學模型并進行求解,模擬分析全年儲熱水池內(nèi)水溫變化、能量分布及系統(tǒng)效率、取熱方式的選擇及運行控制策略。其次研究了蓄集比、集熱效率、建筑能耗等關(guān)鍵參數(shù)對太陽能保證率的影響,并重點分析了對儲熱系統(tǒng)設(shè)計及運行具有關(guān)鍵影響的取熱子系統(tǒng)形式及取熱設(shè)備效率對系統(tǒng)能流分布的影響規(guī)律,為取熱方式的選擇及運行控制策略提供參考。最后,通過大連某綜合樓進行跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)方案設(shè)計及模型求解,并分析其環(huán)境效益影響。對太陽能資源屬第Ⅲ類的寒冷地區(qū),本論文主要研究結(jié)果如下：(1)綜合考慮蓄集比對太陽能保證率的影響及對儲熱水池水溫的控制,蓄集比在3～4范圍較好。集熱器效率提高0.1,太陽能保證率可提高26%,過低的集熱器效率對太陽能保證率影響更明顯。另外,水池良好的保溫效果、建筑能耗的降低都對提升系統(tǒng)太陽能保證率有十分積極的影響,且有益于系統(tǒng)能效的提高。(2)直流供暖與水源熱泵聯(lián)合取熱形式比換熱器與水源熱泵聯(lián)合取熱形式的換熱損失更少,太陽能利用更充分,系統(tǒng)能效更高,太陽能保證率比后者高18%左右。取熱換熱器的換熱效率提高10%,太陽能保證率平均可提高9%；水源熱泵的ε2提高30%,太陽能保證率平均可提高3.3%。換熱器換熱效率和水源熱泵COP的提高,均有利于系統(tǒng)能效的提升。但考慮到儲熱末期水源熱泵的正常使用,池內(nèi)水溫不應過低,熱泵較適宜制熱系數(shù)為2-3。(3)根據(jù)工程經(jīng)驗及國內(nèi)外研究成果,結(jié)合本研究,對大連某綜合樓進行跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)設(shè)計,對系統(tǒng)全年水池水溫進行預測并對系統(tǒng)能效進行分析。在節(jié)能減排方面,該系統(tǒng)也具有顯著的環(huán)境效益。 【關(guān)鍵詞】：跨季節(jié)儲熱 太陽能 水源熱泵 能效 供暖
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU832.17
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 跨季節(jié)儲熱太陽能供暖系統(tǒng)研究概況10-20
• 1.2.1 工作原理及分類10-13
• 1.2.2 國內(nèi)外工程案例13-17
• 1.2.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3 本研究的提出20-22
• 1.3.1 目前存在問題20
• 1.3.2 本研究主要內(nèi)容20-21
• 1.3.3 本研究的技術(shù)路線21-22
• 2 跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)傳熱模型22-37
• 2.1 集熱-儲熱-取熱-供熱子系統(tǒng)耦合的傳熱模型22-31
• 2.1.1 集熱子系統(tǒng)傳熱模型22-26
• 2.1.2 儲熱子系統(tǒng)傳熱模型26-28
• 2.1.3 取熱子系統(tǒng)傳熱模型28-30
• 2.1.4 供熱子系統(tǒng)傳熱模型30-31
• 2.2 模型求解及驗證31-37
• 2.2.1 數(shù)學模型求解31-35
• 2.2.2 模型驗證35-37
• 3 跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)能效分析37-51
• 3.1 太陽能保證率關(guān)鍵影響參數(shù)分析37-43
• 3.1.1 太陽能保證率計算37-38
• 3.1.2 幾何參數(shù)對太陽能保證率的影響38-39
• 3.1.3 性能參數(shù)對太陽能保證率的影響39-41
• 3.1.4 供暖耗熱量對太陽能保證率的影響41-43
• 3.2 取熱系統(tǒng)形式對系統(tǒng)能流分布的影響43-46
• 3.2.1 直流供暖與水源熱泵聯(lián)合取熱形式43-45
• 3.2.2 板式換熱器與水源熱泵聯(lián)合取熱形式45-46
• 3.3 取熱系統(tǒng)效率對系統(tǒng)能流分布的影響46-51
• 3.3.1 換熱器換熱效率的影響46-48
• 3.3.2 水源熱泵效率的影響48-51
• 4 跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)工程設(shè)計及能效分析—以某綜合樓為例51-61
• 4.1 項目概況51
• 4.2 系統(tǒng)方案設(shè)計51-53
• 4.3 跨季節(jié)水池儲熱太陽能供暖系統(tǒng)設(shè)計53-57
• 4.3.1 集熱子系統(tǒng)設(shè)計53-54
• 4.3.2 儲熱子系統(tǒng)設(shè)計54-55
• 4.3.3 取熱子系統(tǒng)設(shè)計55
• 4.3.4 供熱子系統(tǒng)設(shè)計55-57
• 4.4 系統(tǒng)能效分析57-58
• 4.5 供暖系統(tǒng)與建筑設(shè)計的協(xié)調(diào)58-59
• 4.6 環(huán)境效益評價59-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻62-64
• 致謝64-65

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