小型空气源热泵辅助太阳能热水装置性能研究

【摘要】：建筑行业的快速发展,使得建筑能耗与日俱增,各种建筑节能技术越来越广泛的被研究、应用,但其应用大都呈现单一性。太阳能—空气源热泵作为清洁能源利用与节能技术的合理结合,即太阳能集热与空气源热泵技术相结合,以其集热高效性、运行节能性、系统多样性等诸多优点备受关注。 本文在课题组已做的研究基础上,对所设计的空气源热泵辅助型太阳能热水系统形式进行了进一步改进,并确定了系统各部件具体参数,最终完成了实验样机的制作与调试。同时,又进一步深入详细统计分析了西安地区典型气象年气象资料,将该地区典型气象年全年按照辐射计量时段出现的不同时间划分为三个时段。统计分析得到不同辐射计量时段内水平面上的总辐射辐照度、散射辐射辐照度、直射辐射辐照度,并计算得出各时段内的太阳能集热器倾斜表面上所接收到的辐射辐照度。通过辐射辐照度与热量的转换,得出了太阳能集热器典型气象年全年各计量时段内的逐时集热量,进而计算出各时段内集热水箱内水温的日逐时变化情况,由此确定出西安地区典型气象年全年各时段空气源热泵辅助太阳能热水系统装置的运行模式。利用太阳能PC-2型辐射测量仪对2010年8月、9月、10月的日逐时水平面上的辐射数据进行了测试,并应用与理论分析时相同的数据处理分析方法,将所测试的辐射数据与典型气象年该时段内辐射数据进行对比分析,结果显示实测辐射数据与典型气象年数据误差仅为7.4%,由此可以证明实验样机设计之初采用典型气象年气象数据作为理论数据基础是与实际情况相一致的。 分析研究了典型气象年全年不利天气的气象资料,确定了保证系统全年稳定、安全运行的工作范围,即11-3月设定水温为50℃、4-10月设定水温55℃,热泵单元辅助开启时间为下午16：00点。研究总结出影响太阳能热水单元及空气源热泵单元工作性能的影响因素,并提出性能研究数学模型和实验测试方法。理论模拟计算出系统装置典型气象年各月的耗电量,并从‘低碳’角度引入装置应用低碳性概念,以评价系统装置全年的应用低碳特性。研究证明西安地区典型气象年应用空气源热泵辅助太阳能热水系统装置应用低碳性好,既节能又环保,有利于推广应用。 【关键词】：空气源热泵辅助太阳能热水装置 典型气象年 实验样机 运行模式 低碳性
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU822;TU18
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-19
• 1.1 课题研究背景、现状及意义12-17
• 1.1.1 研究背景12-14
• 1.1.2 研究现状14-17
• 1.1.3 研究意义17
• 1.2 课题组研究现状及本文主要工作17-19
• 1.2.1 课题组研究现状17-18
• 1.2.2 本文的研究工作18-19
• 2 空气源热泵辅助太阳能热水装置设计19-35
• 2.1 空气源热泵辅助太阳能热水装置工作原理19
• 2.2 空气源热泵辅助太阳能热水装置的实验样机19-28
• 2.2.1 设计指标及参数19-20
• 2.2.2 太阳能集热器及集热水箱20-25
• 2.2.3 压缩机及循环水泵25-26
• 2.2.4 冷凝器及蒸发器26-27
• 2.2.5 热力膨胀阀及其它附件27-28
• 2.3 空气源热泵辅助太阳能热水装置性能实验系统28-34
• 2.3.1 实验样机28-30
• 2.3.2 实测系统30-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 空气源热泵辅助太阳能热水系统运行模式研究35-52
• 3.1 西安地区典型气象年气象资料分析35-37
• 3.1.1 全年不同辐射辐照度计量时段划分35-36
• 3.1.2 不同辐射辐照度计量时段日平均逐时水平散射辐射辐照度36
• 3.1.3 不同辐射辐照度计量时段日平均逐时水平直射辐射辐照度36-37
• 3.1.4 不同辐射辐照度计量时段日平均逐时气温37
• 3.2 运行模式确定37-45
• 3.2.1 不同辐射辐照度计量时段集热器单位面积辐射辐照度37-39
• 3.2.2 不同辐射计量时段日逐时水温39-41
• 3.2.3 运行模式理论研究41-45
• 3.2.4 用户侧用热需求分析45
• 3.3 运行模式实验研究45-51
• 3.3.1 典型辐射辐照度计量划分时段太阳辐射实测数据研究45-48
• 3.3.2 实测数据与典型气象年气温数据对比研究48-49
• 3.3.3 实测数据与典型气象年辐射数据对比研究49-50
• 3.3.4 运行模式理论研究与实验研究的一致性分析50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 空气源热泵辅助太阳能热水系统性能研究及评价52-64
• 4.1 空气源热泵系统单元性能研究52-57
• 4.1.1 数学模型52-54
• 4.1.2 数学模型建立54-56
• 4.1.3 机组运行调试及问题分析56-57
• 4.2 装置运行碳足迹57-62
• 4.2.1 "低碳"概念提出57-59
• 4.2.2 装置运行碳足迹计算59-60
• 4.2.3 装置全年运行碳足迹变化60-61
• 4.2.4 装置全年运行低碳性分析61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 结论64-67
• 5.1 本文研究工作总结64-65
• 5.2 本文研究结论65-66
• 5.3 研究工作的创新性66
• 5.4 存在的问题66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 附录72
• 硕士研究生阶段研究成果72
• 硕士研究生阶段获得奖励72

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