基于溫和氣候下太陽能熱水系統(tǒng)與空氣源熱泵輔助性能研究

【摘要】：我國是能源消耗大國，現(xiàn)面臨著兩個重要問題，一是如何在經(jīng)濟發(fā)展中找到更充分的能源供應，二是如何提高能源利用效率。我國太陽能的利用技術(shù)特別是太陽能光熱利用技術(shù)日趨成熟，但是太陽能屬于不穩(wěn)定的低密度能源，受到天氣的影響較大，必須配置可靠的輔助能源保證熱水的穩(wěn)定供應。輔助能源有多種形式，設計時需要合理選擇，做到穩(wěn)定、節(jié)能、經(jīng)濟。 本文以溫和地區(qū)為代表的云南省昆明市為例，在不同天氣條件下，對家用太陽能熱水系統(tǒng)的運行特性進行實驗研究和理論分析。針對以上研究內(nèi)容，開展了如下研究工作： （1）針對所建立的家用平板型太陽能熱水系統(tǒng)，從實驗和理論兩方面分析其全天運行特性。結(jié)果表明，不同天氣下日總輻照量對太陽能熱水器日平均效率的影響不大，日總輻照量在5.3～22.2MJ時，系統(tǒng)熱效率穩(wěn)定在52%左右。分析了典型天氣條件系統(tǒng)日均有用能量輸出與輔助能量的關(guān)系，所得結(jié)論可為輔助型太陽能熱水器輔助熱源與集熱面積的優(yōu)化配置提供參考。 （2）以TRNSYS程序為平臺，建立了模型并對家用平板型太陽能熱水系統(tǒng)進行模擬研究。將TRNSYS模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比分析表明，二者吻合較好。改變模型中的參數(shù)，以Meteorological數(shù)據(jù)庫提供的典型氣象年氣象數(shù)據(jù)為依據(jù)，全年逐時對該系統(tǒng)在昆明和北京地區(qū)的運行特性進行累積計算。 （3）對昆明地區(qū)太陽輻射資源的年變化情況和室外溫度分布情況進行了分析，根據(jù)家用實用型空氣源熱泵輔助太陽能熱水裝置，建立數(shù)學模型，采用典型氣象年的參數(shù)下，研究該裝置在月平均日情況下的運行特性，得出太陽能子系統(tǒng)單獨運行，所能提供的熱水負荷，需要空氣源熱泵輔助提供熱量，為進一步完善和改進空氣源熱泵輔助太陽能熱水的性能打下基礎。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 熱水器 熱性能 TRNSYS 空氣源熱泵
【學位授予單位】：云南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S214.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 選題的背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究與應用現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 太陽能熱水系統(tǒng)的研究與發(fā)展10-11
• 1.2.2 太陽能與空氣源熱泵聯(lián)合的研究與發(fā)展11-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 太陽能熱水系統(tǒng)理論基礎及輔助熱源簡介16-30
• 2.1 概述16-18
• 2.1.1 太陽能熱水系統(tǒng)分類及特點16
• 2.1.2 太陽能熱水系統(tǒng)運行方式16-18
• 2.2 太陽能熱水系統(tǒng)的選擇18-26
• 2.2.1 循環(huán)模式的選擇18-19
• 2.2.2 儲熱水箱19-21
• 2.2.3 太陽能集熱器的定位21-26
• 2.3 太陽能集熱器與建筑一體化26-27
• 2.4 輔助熱源的選型27-29
• 2.4.1 空氣源熱泵簡介28-29
• 2.4.2 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)工作原理29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 太陽能熱水系統(tǒng)實驗研究30-40
• 3.1 概述30-31
• 3.2 實驗裝置構(gòu)建31-33
• 3.3 系統(tǒng)性能評價指標33-34
• 3.4 實驗結(jié)果及討論34-38
• 3.4.1 不同輻照量系統(tǒng)日平均效率34-35
• 3.4.2 不同天氣條件下系統(tǒng)運行特性35-38
• 3.4.3 系統(tǒng)有用能38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 太陽能熱水系統(tǒng)模擬研究40-54
• 4.1 太陽輻射模型40-42
• 4.2 TRNSYS 軟件介紹42-44
• 4.2.1 TRNSYS 軟件開發(fā)背景42-43
• 4.2.2 TRNSYS軟件功能簡介43-44
• 4.2.3 模型中部件連接44
• 4.3 太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)學模型的建立44-46
• 4.4 太陽能熱水系統(tǒng)仿真模型46-48
• 4.4.1 仿真模型標準部件46-47
• 4.4.2 仿真參數(shù)設置47-48
• 4.5 模擬結(jié)果及討論48-53
• 4.5.1 太陽能熱水系統(tǒng)模型驗證48-51
• 4.5.2 太陽能熱水系統(tǒng)動態(tài)模擬研究51-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 第5章 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)年運行性能模擬研究54-67
• 5.1 昆明地區(qū)太陽輻射資源的可利用性54-56
• 5.2 空氣源熱泵在昆明地區(qū)的適用特點56-59
• 5.2.1 結(jié)霜條件分析57-58
• 5.2.2 水箱補水溫度計算58-59
• 5.3 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)及運行特性研究59-66
• 5.3.1 裝置簡介59-60
• 5.3.2 基本假設和數(shù)學模型建立60-62
• 5.3.3 裝置運行特性研究62-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 第6章 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 研究工作總結(jié)67
• 6.2 展望67-69
• 參考文獻69-74
• 攻讀碩士研究生期間發(fā)表的學術(shù)論文及參與課題情況74-75
• 致謝75

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