太阳能辅助水源热泵地辐射采暖系统的研究

【摘要】：随着我国经济的快速发展,环境污染及能源消耗问题日益严重。太阳能作为一种清洁、可再生、资源丰富的新能源,受到人们越来越多的关注,成为科研热点。本文针对寒冷地区,结合实际的工程研究串联式太阳能辅助水源热泵地辐射采暖系统。本文以陕西省西安市高新区的一栋占地面积为513.8m2,热负荷指标为36W/m2的别墅为研究对象。首先介绍了太阳能辅助水源热泵地辐射采暖系统的设计流程、设计计算和设备选型,并详细设计系统的运行控制、施工安装和系统维护;其次,借助De ST和TRNSYS软件对太阳能辅助水源热泵系统进行模拟分析,主要针对西安地区整个采暖期和典型日1月12日的室外气温、建筑热负荷、集热器有效得热量及其出口水温,换热器冷侧出口水温、蓄热水箱蓄热量及其负荷侧的出口水温,热泵冷凝器出口温度及其COP等。针对模拟结果对系统进行经济性和节能环保性分析,全面探索和研究该系统在西安地区的使用效果,指导后期工程实践。通过模拟分析表明,在冬季采暖期间,太阳能集热器的出口水温主要集中在30℃至60℃之间,蓄热水箱负荷侧的出口水温集中于10℃至30℃,满足热泵蒸发器的进水温度。热泵的供水温度在45℃左右波动,运行时,COP平均值可达4.08,机组运行性能相对较好。同时通过对整个采暖期的分析,系统的性能系数为2.04,太阳能保证率达到33.07%。在1月12日,系统性能系数为2.66,太阳能保证率为22.72%。相比传统供热系统,该系统年费用可节约3775元,相当于传统加热系统的31.04%。在15年中,该系统累计可减少排放387.91吨的CO2,3.15吨的SO2、1.65吨的粉尘,具备较好的经济性和节能环保性。 【关键词】：太阳能辅助水源热泵系统 TRNSYS 节能环保
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU832
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 我国太阳能资源及其利用10-12
• 1.3 太阳能辅助蒸气压缩式热泵技术的发展12-17
• 1.3.1 国外发展现状12-14
• 1.3.2 国内研究现状14-17
• 1.4 太阳能热泵技术存在的问题17
• 1.5 课题研究的主要内容17-20
• 2 太阳能辅助水源热泵地辐射采暖系统的设计20-36
• 2.1 建筑概况20
• 2.2 耗热量计算20-22
• 2.3 设备选型计算22-26
• 2.3.1 热泵选型22-23
• 2.3.2 太阳能集热器23-24
• 2.3.3 蓄热水箱24
• 2.3.4 换热器24-25
• 2.3.5 泵的选择25-26
• 2.4 运行控制26-29
• 2.4.1 主要部件的自动控制27
• 2.4.2 运行模式27-29
• 2.5 防冻控制29-30
• 2.6 防过热保护30-31
• 2.7 太阳能集热系统的安装31-33
• 2.7.1 集热器安装方位和倾角31
• 2.7.2 集热器前后排间距31-32
• 2.7.3 集热器的安装面积分配及其方式32-33
• 2.8 本章小结33-36
• 3 软件介绍36-50
• 3.1 DeST软件简介36-39
• 3.1.1 DeST软件简介36-37
• 3.1.2 TRNSYS软件简介37-39
• 3.2 太阳能辅助水源热泵地辐射采暖系统中的应用模块39-47
• 3.2.1 气象模块40
• 3.2.2 太阳能集热器40-42
• 3.2.3 逆流换热器42-43
• 3.2.4 蓄热水箱43-45
• 3.2.5 水源热泵45-46
• 3.2.6 辅助热源46-47
• 3.3 建模界面47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 4 模拟分析50-62
• 4.1 冬季建筑瞬时热负荷50-51
• 4.2 西安地区太阳总辐射及环境温度51-53
• 4.3 集热器出.温度变化以及获得有用能53-55
• 4.4 换热器冷侧出.温度55-56
• 4.5 水箱蓄热量及出.温度56-57
• 4.6 热泵的相关参数57-61
• 4.7 本章小结61-62
• 5 效益分析62-66
• 5.1 系统经济效益分析62-64
• 5.1.1 系统初投资及其初投资年费用62-63
• 5.1.2 系统运行费用63-64
• 5.2 系统环保效益64-65
• 5.2.1 二氧化碳减排量64
• 5.2.2 二氧化硫减排量64
• 5.2.3 粉尘减排量64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 结论与展望66-68
• 参考文献68-71
• 附录A 热负荷计算明细表71-72
• 附录B 图 4.17热泵出.供水温度变化72-73
• 附录C 图 4.19热泵功率变化73-74
• 附录D 图 4.21 热泵COP变化74-75
• 附录E 参数符号说明75-77
• 附录F 图表索引统计77-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79-80
• 致谢80

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