太阳能辅助空气源热泵在生活热水工程中的应用研究

【摘要】：高速的经济发展，必然会带来能源的过度消耗、环境的日益恶化等问题，因此节能减排、利用新的能源、努力提高能源的利用率成为当前政府工作的重中之重。而太阳能辅助空气源热泵热水系统则很好地达到了以上效果。 本文从太阳辐射强度的计算方法开始，研究了太阳能热水系统、空气源热泵热水系统和太阳能辅助空气源热泵热水系统的相关理论。在此基础上，为哈尔滨市某大学学生浴池设计出了一套完整的太阳能辅助空气源热泵热水系统。然后以此系统为研究对象，利用TRNSYS软件分别建立了太阳能热水系统仿真模型、空气源热泵热水系统仿真模型和太阳能辅助空气源热泵热水系统仿真模型。通过这三个模型，分析了太阳能集热器集热效率的影响因素，包括室外环境温度、太阳辐射量、太阳能集热器进口水温；空气源热泵COP的影响因素，包括室外环境温度、空气源热泵机组出口水温；以及各月及整个运行周期系统的性能。 在以上研究的基础上，最后利用TRNSYS软件，对太阳能辅助空气源热泵热水系统进行了优化，包括集热器安装倾斜角、集热器总面积、贮热水箱体积、蓄热水箱体积。集热器安装倾斜角选取0~90°，通过单位面积集热器上的辐射量来衡量。集热器总面积分别按20%、30%、40%和50%选取，通过不同集热面积下的太阳能辅助空气源热泵热水系统的优化值来衡量。选取4个不等体积的贮热水箱，按蓄热量来衡量。选取4个不等体积的蓄热水箱，按用水温度能否满足要求和运行成本来衡量。通过优化得出最适合该浴池的热水系统。 最后对哈尔滨市某大学学生浴池热水系统进行运行费用和环保效益分析。 【关键词】：太阳能 空气源热泵 系统优化
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU822
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究现状11-14
• 1.2.1 空气源热泵热水系统11-12
• 1.2.2 太阳能热水系统12-13
• 1.2.3 太阳能辅助空气源热泵热水系统13-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-15
• 第2章 太阳能辅助空气源热泵热水系统基本理论研究15-27
• 2.1 太阳能热水系统理论研究15-22
• 2.1.1 太阳角的计算15-17
• 2.1.2 太阳辐射强度计算17-18
• 2.1.3 哈尔滨地区太阳辐射资源的可利用性18-19
• 2.1.4 太阳能热水系统的工作原理19-22
• 2.2 空气源热泵热水系统理论研究22-24
• 2.2.1 空气源热泵的工作原理22-23
• 2.2.2 空气源热泵的制热性能系数23
• 2.2.3 哈尔滨地区空气能资源的可利用性23-24
• 2.3 太阳能辅助空气源热泵热水系统24-26
• 2.3.1 太阳能辅助空气源热泵热水系统构成24-25
• 2.3.2 太阳能辅助空气源热泵热水系统运行模式25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 太阳能辅助空气源热泵热水系统设计27-37
• 3.1 工程概况27-28
• 3.1.1 气象资料27
• 3.1.2 设计参数27-28
• 3.2 空气源热泵热水单元设计28-29
• 3.2.1 空气源热泵的选型28-29
• 3.2.2 蓄热水箱的设计29
• 3.3 太阳能热水单元设计29-36
• 3.3.1 太阳能集热器的分类29-31
• 3.3.2 太阳能集热器面积计算31-32
• 3.3.3 太阳能集热器的安装32-35
• 3.3.4 贮热水箱的计算35-36
• 3.4 运行模式及控制系统的设计36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 太阳能辅助空气源热泵热水系统的模拟37-55
• 4.1 太阳能辅助空气源热泵热水系统设备37
• 4.2 TRNSYS 软件介绍37-40
• 4.2.1 TRNSYS 软件开发背景37-38
• 4.2.2 TRNSYS 软件功能简介38-40
• 4.2.3 信息流程图40
• 4.3 太阳能热水系统模型40-45
• 4.3.1 模型标准部件及参数设置40-42
• 4.3.2 太阳能热水系统模拟及结果分析42-45
• 4.4 空气源热泵热水系统模型45-50
• 4.4.1 模型标准部件及参数设置46-48
• 4.4.2 空气源热泵热水系统仿真模拟及结果分析48-50
• 4.5 太阳能辅助空气源热泵热水系统模型50-54
• 4.5.1 模型气象参数50-51
• 4.5.2 模型标准部件及参数设置51-52
• 4.5.3 太阳能辅助空气源热泵热水系统模拟及结果分析52-54
• 4.6 本章小节54-55
• 第5章 太阳能辅助空气源热泵热水系统的优化55-61
• 5.1 集热器总面积优化55-56
• 5.2 集热器安装倾斜角优化56-57
• 5.3 贮热水箱体积优化57-58
• 5.4 蓄热水箱体积优化58-59
• 5.5 优化系统运行分析59-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第6章 太阳能辅助空气源热泵热水系统的经济环保效益分析61-64
• 6.1 系统投资分析61
• 6.2 系统运行费用及节能效益分析61-63
• 6.2.1 系统运行费用分析61-62
• 6.2.2 系统节能环保效益分析62
• 6.2.3 回收年限62-63
• 6.3 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69

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