廣州地區(qū)太陽能/空氣源熱泵熱水系統(tǒng)性能研究

【摘要】：能源和環(huán)境已成為社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題。隨著我國(guó)全面建設(shè)小康社會(huì)步伐的加快，能源消耗的快速增長(zhǎng)必將使我國(guó)面臨更加嚴(yán)峻的環(huán)境壓力。提高能源利用效率，減少常規(guī)能源消耗，合理使用可再生能源，已成為社會(huì)共識(shí)。制備生活熱水所消耗的能源是我國(guó)居住建筑的能源消耗的一個(gè)重要組成部分，隨著生活水平的不斷提高，這部分能耗還會(huì)出現(xiàn)較大幅度增長(zhǎng)，特別是在炎熱潮濕的華南地區(qū)。本文以廣州地區(qū)為例，通過搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)和空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行全年運(yùn)行測(cè)試，對(duì)運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較分析，為廣州地區(qū)居住建筑生活熱水系統(tǒng)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。 通過搭建太陽能(電輔助)熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)和空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)三種熱水系統(tǒng)在廣州地區(qū)全年典型氣象條件下的熱力性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，太陽能熱水系統(tǒng)的集熱器的日平均效率隨季節(jié)變化不大，約為53.5%，日平均集熱效率隨太陽輻射強(qiáng)度的增大，略有下降；空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的供熱性能系數(shù)COPH不僅與環(huán)境溫度和進(jìn)水溫度有關(guān)，還與空氣的相對(duì)濕度有關(guān)，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，獲得了COPH與環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和進(jìn)水溫度的關(guān)系式：COPH=(0.0348t+0.1364φ+0.6867)3(-0.0041t2L+0.164tL+1.4378)，為空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的全年性能分析打下了基礎(chǔ)。 建立了三種熱水系統(tǒng)運(yùn)行能耗的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)廣州地區(qū)典型氣象年的氣象參數(shù)，以能耗最低為目標(biāo)函數(shù)，分析了廣州地區(qū)太陽能熱水系統(tǒng)集熱器的安裝角度及空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模式，結(jié)果顯示，集熱器安裝的最佳傾角為13.1°，空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)中熱泵在每天17:00開啟能充分發(fā)揮太陽能集熱器的作用。 以廣州地區(qū)某設(shè)計(jì)日用水量10t的學(xué)生宿舍樓為例，分析了三種熱水系統(tǒng)的全年運(yùn)行能耗。在典型氣象年氣象參數(shù)條件下，太陽能(電輔助)熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)年運(yùn)行能耗分別約為64556.2kWh、44636.17kWh、23043.52kWh，單位熱水耗能分別約為17.69kWh/t/d、12.23kWh/t/d、6.31kWh/t/d，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的單位熱水能耗為太陽能（電輔助）熱水系統(tǒng)的69.14%，如將空氣源熱泵作為輔助熱源與太陽能熱水系統(tǒng)組合，則單位熱水耗能大大降低，僅為太陽能（電輔助）熱水系統(tǒng)的35.7%。 對(duì)太陽能(電輔助)熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)以及其他傳統(tǒng)熱水系統(tǒng)在廣州地區(qū)的節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，太陽能(電輔助)熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)和空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)年運(yùn)行能耗分別為傳統(tǒng)天然氣鍋爐熱水系統(tǒng)年運(yùn)行能耗的96.19%、66.53%和34.34%。；三種熱水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值分別為傳統(tǒng)天然氣鍋爐熱水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值的92.47%、62.94%和61.81%；在使用年限內(nèi)，三種熱水系統(tǒng)二氧化碳排放量相對(duì)于傳統(tǒng)能源熱水系統(tǒng)分別減少432.5t、549.05t、675.38t。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 空氣源熱泵 熱水系統(tǒng) 運(yùn)行性能 效益分析
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU822
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-15
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 太陽能熱水系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線14-15
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容14
• 1.3.2 本文技術(shù)路線14-15
• 第二章 熱水系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置15-24
• 2.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試樣機(jī)概況15-20
• 2.1.1 太陽能(電輔助)熱水系統(tǒng)參數(shù)15-16
• 2.1.2 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)參數(shù)16-18
• 2.1.3 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)參數(shù)18-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案20-23
• 2.2.1 系統(tǒng)性能測(cè)試指標(biāo)20-21
• 2.2.2 測(cè)試參數(shù)及測(cè)試儀表21-22
• 2.2.3 測(cè)試方法22-23
• 2.2.4 測(cè)試時(shí)間23
• 2.2.5 實(shí)驗(yàn)誤差分析23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第三章 熱水系統(tǒng)運(yùn)行性能測(cè)試結(jié)果分析24-46
• 3.1 全年典型氣象日系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果及分析24-44
• 3.1.1 春季測(cè)試結(jié)果及分析24-29
• 3.1.2 夏季典型日測(cè)試結(jié)果及分析29-32
• 3.1.3 秋季測(cè)試結(jié)果及分析32-36
• 3.1.4 冬季測(cè)試結(jié)果及分析36-44
• 3.2 太陽能集熱單元性能分析44-45
• 3.3 空氣源熱泵性能擬合公式45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 熱水系統(tǒng)的全年運(yùn)行能耗分析46-57
• 4.1 各系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型46-49
• 4.1.1 太陽輻照度的計(jì)算46-47
• 4.1.2 真空管集熱器數(shù)學(xué)模型47-48
• 4.1.3 熱泵數(shù)學(xué)模型48
• 4.1.4 輔助電加熱單元耗電量計(jì)算48-49
• 4.1.5 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)模擬流程49
• 4.2 各系統(tǒng)年運(yùn)行性能計(jì)算結(jié)果及分析49-56
• 4.2.1 太陽能(電輔助)熱水系統(tǒng)年運(yùn)行性能49-52
• 4.2.2 空氣源熱泵年運(yùn)行性能52-53
• 4.2.3 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)年運(yùn)行性能53-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第五章 熱水系統(tǒng)效益對(duì)比分析57-63
• 5.1 熱水系統(tǒng)節(jié)能效益對(duì)比57-59
• 5.2 熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比59-61
• 5.2.1 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)方法59
• 5.2.2 熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益比較59-61
• 5.3 熱水系統(tǒng)環(huán)保效益對(duì)比61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 第六章 結(jié)論與展望63-65
• 6.1 主要工作和結(jié)論63-64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 附錄 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文68-69
• 致謝69

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