空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)在夏熱冬冷地區(qū)的運行模擬和應(yīng)用研究

【摘要】：近年來,太陽能熱水器的應(yīng)用日益普及,但常規(guī)太陽能熱水器易受氣候的影響,不能全天候運行?？諝庠礋岜脽崴畽C組作為一種高效節(jié)能裝置,其開發(fā)利用得到了越來越廣泛的重視,但當(dāng)室外溫度降低時,空氣源熱泵機組的供熱量及效率也隨之下降,尤其當(dāng)冬季室外溫度降到0℃以下時機組存在結(jié)霜除霜的問題。鑒于二者各自的特點,提出將這兩個系統(tǒng)進行有機結(jié)合,組成空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng),可最大程度的克服兩者的缺點、發(fā)揮兩者的優(yōu)點,從而保證全天侯高效地制取生活熱水。 本文采用集總參數(shù)法建立了空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和模擬流程,利用MATLAB語言編寫了該系統(tǒng)太陽能集熱器傾斜角、太陽能單元制熱量、熱泵單元性能參數(shù)等模擬計算程序。研究了重慶地區(qū)太陽能集熱面積與壓縮機功率的最佳匹配情況以及太陽能集熱器的最佳安裝傾斜角度;以重慶地區(qū)的氣象資料為基礎(chǔ),模擬研究了在全年不同工況下,太陽能單元單獨運行對水箱水溫的影響和熱泵單元的運行時間、制熱量、軸功率和熱泵COP等性能參數(shù),總結(jié)了這些參數(shù)隨時間、蒸發(fā)溫度和冷凝溫度等因素的變化規(guī)律并分析了太陽能集熱單元和熱泵單元其余的性能影響因素。在此基礎(chǔ)上模擬研究了全年每月熱泵單元功耗最低時熱泵的最佳開啟時間,并對比分析了優(yōu)化運行模式(最佳開啟時間)和常規(guī)運行模式(14:00開啟熱泵)下熱泵機組COP和系統(tǒng)COP,優(yōu)化運行模式熱泵機組COP均高于常規(guī)運行模式,優(yōu)化運行模式系統(tǒng)COP為6.71,表明該系統(tǒng)具有很好的節(jié)能效果。 在以上研究的基礎(chǔ)上,針對某一實際工程案例,測試了四季典型氣象日該系統(tǒng)的運行性能,并將實測值和模擬值進行對比,驗證了所建立數(shù)學(xué)模型的正確性和可靠性,同時得出了四季空氣源熱泵的性能變化曲線和擬合多項式。將空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)與其他幾種常規(guī)熱水系統(tǒng)在節(jié)能效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益三個方面進行了對比分析,其中經(jīng)濟比較采用動態(tài)費用年值法,并分析了資金貸款利率和能源價格變化對各方案動態(tài)費用年值的影響。結(jié)果表明,在重慶地區(qū)氣候特點下,與其他幾種熱水方案相比,空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)年運行能耗最低,經(jīng)濟、環(huán)保效益最好,適宜在該地區(qū)推廣應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：空氣源熱泵輔助太陽能熱水 系統(tǒng)模擬 運行性能 優(yōu)化運行模式 效益分析
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TU822
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 課題的提出9-10
• 1.2 空氣源熱泵與太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合形式10-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本文的研究內(nèi)容和意義19-21
• 2 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型21-35
• 2.1 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)基本原理21-24
• 2.1.1 系統(tǒng)原理21-22
• 2.1.2 系統(tǒng)運行模式22-23
• 2.1.3 系統(tǒng)控制方式23-24
• 2.2 太陽能集熱單元數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.2.1 太陽輻射量的計算24-25
• 2.2.2 太陽能集熱器總采光面積25
• 2.2.3 真空管集熱器數(shù)學(xué)模型25-26
• 2.3 空氣源熱泵單元數(shù)學(xué)模型26-31
• 2.3.1 蒸發(fā)器模型26-27
• 2.3.2 冷凝器模型27
• 2.3.3 制冷劑熱物性計算模型27-30
• 2.3.4 壓縮機模型30-31
• 2.4 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型31-34
• 2.4.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型整理32-33
• 2.4.2 系統(tǒng)模擬流程33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)年運行性能模擬研究35-61
• 3.1 系統(tǒng)最佳匹配研究35-40
• 3.1.1 重慶地區(qū)月總太陽輻射量和日總輻射量35-36
• 3.1.2 重慶地區(qū)集熱面積與壓縮機功率的最佳匹配36-40
• 3.2 太陽能集熱單元性能研究40-48
• 3.2.1 重慶地區(qū)集熱器安裝傾斜角的確定40-44
• 3.2.2 重慶地區(qū)太陽能單元單獨運行對水箱水溫的影響44-46
• 3.2.3 太陽能單元性能的影響因素46-48
• 3.3 空氣源熱泵單元性能研究48-59
• 3.3.1 運行工況選擇48-49
• 3.3.2 熱泵運行時間49-51
• 3.3.3 熱泵單元制熱量51-53
• 3.3.4 熱泵單元軸功率53-55
• 3.3.5 熱泵單元COP55-57
• 3.3.6 熱泵單元性能的影響因素57-59
• 3.4 本章小結(jié)59-61
• 4 系統(tǒng)優(yōu)化運行模式研究61-69
• 4.1 重慶地區(qū)熱泵開啟時間研究61-65
• 4.2 優(yōu)化運行模式與常規(guī)運行模式對比65
• 4.3 優(yōu)化運行模式系統(tǒng)性能系數(shù)65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 5 系統(tǒng)的實際應(yīng)用和模擬驗證69-93
• 5.1 工程概況69-73
• 5.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)69-71
• 5.1.2 系統(tǒng)運行模式和控制策略71-73
• 5.2 測試方案73-75
• 5.2.1 系統(tǒng)測試性能指標(biāo)73-74
• 5.2.2 測試方法74-75
• 5.3 四季典型氣候日系統(tǒng)性能測試結(jié)果與分析75-88
• 5.3.1 夏季測試結(jié)果與分析75-79
• 5.3.2 秋季測試結(jié)果與分析79-82
• 5.3.3 冬季測試結(jié)果與分析82-85
• 5.3.4 春季測試結(jié)果與分析85-88
• 5.4 空氣源熱泵性能擬合公式88-90
• 5.5 實測系統(tǒng)存在的問題和建議90-92
• 5.6 本章小結(jié)92-93
• 6 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)效益分析93-103
• 6.1 系統(tǒng)節(jié)能效益分析93-96
• 6.2 系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析96-101
• 6.2.1 經(jīng)濟效益評價方法96-97
• 6.2.2 各方案經(jīng)濟效益比較97-98
• 6.2.3 各方案費用年值影響因素分析98-101
• 6.3 系統(tǒng)環(huán)保效益分析101-102
• 6.4 本章小結(jié)102-103
• 7 結(jié)論和展望103-107
• 7.1 主要工作和結(jié)論103-104
• 7.2 展望104-107
• 致謝107-109
• 參考文獻109-113
• 附錄 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利目錄113

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