太阳能供暖在红原机场的应用研究

【摘要】：高海拔寒冷地区具有海拔较高、气压低、气温低等特点，春秋两季较短，冬季严寒漫长，供暖能耗占建筑总能耗的比例较高。高海拔寒冷地区缺乏常规能源，且交通运输不便，但高海拔寒冷地区太阳辐射强，大部分地区处于太阳能资源一类和二类地区，利用当地丰富的太阳能资源供暖已经成为高海拔寒冷地区供暖的一个重要选择。在太阳能供暖系统中，合理的设计对系统运行至关重要，但目前在高海拔寒冷地区，针对太阳能供暖系统（特别是直接供暖模式）全供暖季性能及设计优化的研究很少。因此，本文的目的在于以红原机场太阳能供暖系统为基础，研究太阳能供暖系统在高海拔寒冷地区的运行性能，优化太阳能供暖系统在高海拔寒冷地区的系统配置，为太阳能供暖系统在高海拔寒冷地区的应用提供一定的指导。 首先，本文利用DeST对以红原为代表的高海拔寒冷地区的室外气候特征及红原机场中不同类型建筑的自然室温和热负荷进行分析，对高寒地区室内热环境的调控提供指导。 其次，建立了红原机场太阳能+水源热泵供暖系统数学模型，介绍了本文所研究的红原机场太阳能供暖系统的基本原理和运行模式，详细地给出太阳能集热器、水源热泵、蓄热水箱及系统控制策略的数学模型。 再次，根据太阳能+水源热泵供暖系统的主要组件的数学模型，选择适合本文所研究系统的TRNSYS部件。利用TRNSYS自带的的水源热泵部件与EQUTATION，将文中所建立的水源热泵数学模型与TRNSYS中的水源热泵模型结合起来建立本文模拟所需要的水源热泵TRNSYS部件。在此基础上建立所研究太阳能+水源热泵供暖系统的TRNSYS模型，并利用实测数据对系统TRNSYS模型的正确性进行验证，进而对太阳能+水源热泵供暖系统的运行性能进行分析，并与水源热泵供暖系统和燃气锅炉供暖系统进行经济性和节能性的对比分析。 最后，在太阳能+水源热泵供暖系统TRNSYS模型及运行特性分析的基础上，对太阳能集热器的安装角度、蓄热装置体积、太阳能集热器面积和供暖温度进行了优化，考察这些参数对系统性能的影响。以经济性和节能性为优化指标，兼顾系统性能，提出红原机场太阳能供暖系统适宜的系统配置，为高海拔寒冷地区太阳能供暖系统的应用提供一定的指导。 【关键词】：高海拔寒冷地区 太阳能供暖 TRNSYS软件 优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU832
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题提出的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.2.3 有待解决的问题13-14
• 1.3 课题组在高寒地区的研究现状14-15
• 1.4 本课题主要研究内容15-17
• 2 红原机场建筑负荷特性及自然室温研究17-37
• 2.1 室外气候特征分析17-20
• 2.2 高海拔寒冷地区建筑自然室温及负荷特性分析20-36
• 2.2.1 红原机场各建筑自然室温计算22-28
• 2.2.2 红原机场各建筑热负荷计算28-36
• 2.3 本章小结36-37
• 3 太阳能供暖系统数学模型的建立37-59
• 3.1 太阳能+水源热泵供暖系统37-38
• 3.2 太阳能集热器数学模型的建立38-44
• 3.2.1 倾斜面上太阳辐射的计算38-40
• 3.2.2 太阳能集热器最佳倾角的确定40-41
• 3.2.3 太阳能集热器数学模型的建立41-44
• 3.3 水源热泵数学模型的建立44-48
• 3.4 分层蓄热水箱数学模型的建立48-52
• 3.5 末端及水泵数学模型的建立52-53
• 3.6 运行模式与控制系统的建立53-56
• 3.6.1 集热器侧控制53-54
• 3.6.2 负荷侧控制54-56
• 3.7 本章小结56-59
• 4 太阳能供暖系统运行特性分析59-91
• 4.1 系统 TRNSYS 数学模型的建立59-66
• 4.1.1 TRNSYS 软件简介59
• 4.1.2 仿真模型部件59-64
• 4.1.3 系统 TRNSYS 模型64-66
• 4.2 系统 TRNSYS 模型实验验证66-72
• 4.2.1 工程概况66
• 4.2.2 检测内容66-67
• 4.2.3 检测仪器及检测现场67-69
• 4.2.4 实测数据与模拟数据对比分析69-72
• 4.3 运行参数设置72-73
• 4.4 运行特性分析73-82
• 4.4.1 太阳能与热负荷73-77
• 4.4.2 集热器性能分析77-79
• 4.4.3 蓄热装置温度79-80
• 4.4.4 各模式运行时间80-82
• 4.5 经济性分析82-87
• 4.5.1 经济性分析方案82-86
• 4.5.2 经济性分析86-87
• 4.6 节能性分析87-89
• 4.6.1 能源利用效率分析87-89
• 4.6.2 节能性分析89
• 4.7 本章小结89-91
• 5 太阳能供暖系统优化分析91-111
• 5.1 蓄热装置体积优化91-97
• 5.2 集热器倾角优化97-99
• 5.3 集热器面积优化99-105
• 5.4 系统供暖温度优化105-109
• 5.5 本章小结109-111
• 6 结论及展望111-113
• 6.1 主要工作和结论111-112
• 6.2 展望112-113
• 致谢113-115
• 参考文献115-121
• 附录121
• A. 作者在攻读硕士学位期间申请的发明专利121
• B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文121
• C. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研工作121

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