DDC控制的多单元联合运行的太阳能采暖系统应用及评价

【摘要】：随着我国建筑行业的高速发展,建筑能耗占全国总能耗的比重越来越大,建筑节能与环保也越来越受到人们的关注。尤其是一次能源的匮乏使得人们普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式,是缓解能源紧张的最有效措施之一,而在建筑中应用可再生能源是建筑节能的最有效途径。为充分利用锦州地区的太阳能资源和节能环保,论文实验研究了一种DDC(Direct Digital Control)控制的多单元联合运行太阳能供暖系统,此系统主要由全玻璃真空管太阳能集热器,储热水箱、热泵机组等组成。论文从太阳能与热泵有机结合的角度出发,为了解决太阳能供暖系统的太阳能利用率和太阳能保证率低下的问题,提供一种多单元联合运行的太阳能采暖装置和采暖方法,针对不同时段,采用不同的采暖运行策略,以满足建筑物全天候采暖需求。论文主要做了以下研究工作:(1)通过DeST软件构建了试验平台单体建筑的建筑模型,并对其采暖期的动态热负荷进行计算,得到全年逐时热负荷变化规律,确定系统的设计负荷。(2)实验研究太阳能热泵系统的集热-储热特性,主要工作为不同月份、不同储水量、不同太阳辐照强度及不同集热初始温度对系统集热-储热特性的影响。(3)实验研究太阳能热泵系统的供暖特性,分析试验建筑的热负荷特性,研究其不同月份和不同储水量对供暖系统的影响,系统地分析采暖期内太阳能保证率的特性。(4)综合研究系统联合运行的供暖特性及热泵运行对提高太阳能利用率的评价,最后分析系统的经济性和节能环保行。通过以上实验研究,论文得出以下主要结论:(1)通过DeST软件模拟计算,在典型气象年条件下,试验平台建筑在采暖期的热负荷指标为24.9W/m2。(2)在太阳能供暖系统的集-储热特性研究里,各月份的集热温度增幅在21℃~36℃之间,太阳能热泵系统使得集热初始温度进一步降低,提高了系统的集热效率。在不同储水量的集热-储热实验研究中,得出最佳储水量,使系统维持较高的太阳能保证率。(3)在采暖期不同月份供暖特性的研究中,采暖期内各个月份的平均热负荷在0.76kW~1.54 k W之间,热泵系统运行出现在11月、12月、1月、2月内,辅助电加热出现在12月和1月内,热泵系统的COPH最大值为7.25,平均COPH维持在4左右。(4)在整个采暖期内,基于典型天气工况下,太阳能热泵的运行使得系统在11月份内,热泵的运行使得系统最终的太阳能保证率达到了92.9%,12月份内,热泵的运行使得系统最终的太阳能保证率达到了81.3%,1月份内,热泵的运行使得系统最终的太阳能保证率达到了71.8%,2月份内,热泵的运行使得系统最终的太阳能保证率达到了94.2%,3月份的太阳能保证率最大,为94.6%。系统实时的供暖数据,计算出太阳能热泵的运行使得系统的太阳能利用率提高了44.9%,在最寒冷的12月份和1月份,太阳能热泵供暖相对于24小时的太阳能保证率达到20%,对太阳能热泵应用于太阳能供暖系统提供了科学依据。基于试验平台,辅助常规能源为电时的二氧化碳减排量为2481.7kg,减排效果较好。 【关键词】：太阳能集热 太阳能供暖 热泵 数字控制 太阳能保证率 综合评价
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU832.17;TK519
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景11-21
• 1.1.1 国内外太阳能技术研究进展14-17
• 1.1.2 国内外太阳能产业及应用现状17-20
• 1.1.3 我国太阳能资源概况20-21
• 1.2 课题研究背景及意义21-22
• 1.3 课题研究内容及主要构架22-23
• 2 多单元太阳能供暖系统试验平台组成及功能23-36
• 2.1 太阳能供暖系统23-28
• 2.1.1 单体建筑试验平台组成及特点24-26
• 2.1.2 多单元太阳能供暖系统工作原理26-28
• 2.2 建筑物热负荷模拟计算28-34
• 2.2.1 基于DeST软件建立传热模型28-31
• 2.2.2 建筑物逐时热负荷模拟计算分析31-34
• 2.3 太阳能供暖试验平台的DDC控制方案34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 试验平台供暖特性实验研究36-65
• 3.1 实验条件及仪器36-37
• 3.2 太阳能热水系统集热特性37-50
• 3.2.1 采暖期不同月份集热-储热特性38-43
• 3.2.2 不同储水量对集热性能的影响43-45
• 3.2.3 工质集热初始温度对集热效率的影响45-48
• 3.2.4 气象条件及太阳辐射照度对集热-储热的影响48-50
• 3.2.5 结论及分析50
• 3.3 试验平台供暖特性的研究50-61
• 3.3.1 试验平台建筑的热负荷特性50-51
• 3.3.2 采暖期不同月份供暖特性的研究51-55
• 3.3.3 不同储水量供暖特性的研究55-58
• 3.3.4 太阳能热泵运行对提高系统供暖行的影响58-61
• 3.3.5 结论及分析61
• 3.4 空气集热器供暖特征分析61-64
• 3.4.1 太阳能空气集热器供暖特性的数据分析61-63
• 3.4.2 太阳能空气集热器供暖特性的结论及分析63-64
• 3.5 本章小结64-65
• 4 太阳能供暖试验平台系统运行综合评价65-72
• 4.1 多单元太阳能供暖实验平台联合运行供暖效果65-66
• 4.2 太阳能热泵的应用对提高太阳能利用率的评价66-68
• 4.3 多单元太阳能供暖系统在供暖期太阳能保证率评价68-69
• 4.4 系统的节能环保评价69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 5 结论与展望72-74
• 5.1 结论72-73
• 5.2 存在问题与下一步工作73-74
• 参考文献74-76
• 致谢76

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