主被动结合式太阳能采暖系统的综合性能研究

【摘要】：随着经济的发展和人民生活水平的提高,建筑能耗消费逐年增加,其中冬季有2/3的能耗用于建筑采暖和热水供应,对于目前建筑能耗的特点,考虑到我国具有丰富的太阳能资源,怎样利用太阳能进行采暖和供应热水成为建筑节能的一个重要途径。国内学者对太阳能在建筑的上的利用形式研究以被动式太阳房居多,对于主动式和主被动结合式的太阳能采暖系统研究较少,已有的研究多限于理论上或设计上的可行性分析。为此本课题开展了以下工作： 1)结合北方农村建筑的特点搭建了主被动结合式太阳能采暖系统的实验平台,该实验平台由三部分组成,被动部分的形式为附加阳光间式太阳房,主动部分的形式为太阳能热水集热采暖系统并以空气源热泵作为辅助热源,采暖末端采用低温热水辐射地板,以室温控制模式实现了系统的供暖功能； 2)通过太阳房和对比房的对比测试验证了太阳房的节能效果,并检验了DeST软件对太阳房和对比房模拟的可靠性,利用DeST模拟的可靠性分析了太阳房的影响因素、确定了太阳房的最佳运行方式、计算了太阳房采暖季的节能贡献率； 3)对主被动结合式太阳能采暖系统的室温控制模式进行了实验测试,结果表明系统运行时室温可满足舒适性要求,同时发现室温控制模式在运行过程中存在的不足,一是系统控制模式通过室温这一单一信号进行反馈控制,系统对被动和主动部分的控制存在过快或过慢的缺点,二是空气源热泵的运行能耗较高。针对室温控制模式存在的问题,提出时间控制模式的改进方案,解决了空气源热泵能耗较高的问题。结合室温控制模式和时间模式的运行方案提出了主被动结合式太阳能采暖系统控制方案的新建议； 4)对系统的全年运行能耗进行计算,计算了系统全年运行的经济性,并与农村常用的土暖气进行全年运行的节减排效果对比。 主被动结合式太阳能采暖系统不仅具有经济方面的优势,还具有显著的节能减排效果,可广泛应用于独立建筑中。该系统的推广应用不仅可推动我国太阳能光热利用的技术发展、实际应用和产业化水平,还可以为国家节能减排目标的实现、减少大范围雾霾天气起到重要作用。 【关键词】：附加阳光间式太阳房 太阳能集热系统 空气源热泵辅助热源系统 主被动结合式太阳能采暖系统 节能性
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU832.17
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 主被动结合太阳能采暖系统的形式和原理9-11
• 1.3 主被动结合式太阳能采暖系统理论研究现状11-13
• 1.3.1 被动太阳房的理论研究现状11-12
• 1.3.2 主动式太阳能采暖系统的理论研究现状12-13
• 1.4 主被动结合式太阳能采暖系统的应用研究现状13-14
• 1.5 本文的研究内容和研究目的14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 2 建筑采暖热负荷分析16-25
• 2.1 建筑概况16-18
• 2.2 DeST 模拟18-21
• 2.2.1 模拟的基础条件18
• 2.2.2 DeST的建模过程18-19
• 2.2.3 建筑模拟的可靠性分析19-21
• 2.3 建筑室温模拟结果分析21-22
• 2.4 建筑动态负荷模拟分析22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 主被动结合式太阳能采暖系统的原理25-30
• 3.1 主被动结合式太阳能采暖系统的原理25
• 3.2 附加阳光间式太阳房工作原理25-26
• 3.3 主动式太阳能采暖系统的原理26-28
• 3.3.1 太阳能热水系统26-27
• 3.3.2 低温热水地板辐射采暖末端27-28
• 3.4 辅助热源系统28-29
• 3.5 本章小结29-30
• 4 主被动结合式太阳能采暖系统中的热工计算30-41
• 4.1 被动部分的热工计算30-38
• 4.1.1 被动式太阳房的热工计算30-33
• 4.1.2 太阳房设计中的影响因素分析33-38
• 4.2 主被动结合式太阳能采暖系统的能耗计算38-40
• 4.2.1 被动式供热系统能耗计算38-39
• 4.2.2 主动式太阳能集热系统的能耗计算39-40
• 4.2.3 空气源热泵辅助热源系统的能耗计算40
• 4.3 本章小结40-41
• 5 主被动结合式太阳能采暖系统的搭建41-46
• 5.1 主动式部分和辅助热源的选型41-42
• 5.1.1 太阳能热水系统41
• 5.1.2 空气源热泵辅助热源系统41-42
• 5.2 主动式和辅助热源采暖系统的构成42-44
• 5.3 主被动结合式太阳能采暖系统的控制44-45
• 5.4 本章小结45-46
• 6 太阳能采暖系统测试分析46-70
• 6.1 测试内容及方法46-48
• 6.1.1 被动式太阳房的测试内容46-47
• 6.1.2 主被动结合式太阳能采暖系统测试内容及方法47-48
• 6.2 被动式太阳房的测试及分析48-54
• 6.2.1 太阳房和对比房的初始状态相同性测试48-51
• 6.2.2 太阳房不同运行模式节能效果测试51-53
• 6.2.3 太阳房运行模式的确定53-54
• 6.3 主被动结合式太阳能采暖系统测试与分析54-60
• 6.3.1 室温控制模式的参数设置54-55
• 6.3.2 太阳房采暖模式介绍55-56
• 6.3.3 室温测试结果分析56-57
• 6.3.4 太阳房能耗计算结果57-58
• 6.3.5 室温控制模式运行分析58-60
• 6.4 主被动结合式太阳能采暖系统的改进方案60-66
• 6.4.1 时间控制模式控制介绍60-62
• 6.4.2 时间控制模式室温测试结果62-63
• 6.4.3 时间控制模式运行概况63-65
• 6.4.4 时间控制模式运行分析65-66
• 6.5 太阳能采暖系统的控制设计建议66-67
• 6.6 主被动结合式太阳能采暖系统的节能效益分析67-68
• 6.6.1 主被动结合式太阳能采暖系统全年能耗计算67-68
• 6.6.2 主被动结合式太阳能采暖系统的经济性68
• 6.6.3 主被动结合式太阳能采暖系统的节能性68
• 6.7 本章小结68-70
• 7 总结70-72
• 参考文献72-75
• 附录75-76
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文76-77
• 致谢77

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