基于温和气候下太阳能热水系统与空气源热泵辅助性能研究

【摘要】：我国是能源消耗大国，现面临着两个重要问题，一是如何在经济发展中找到更充分的能源供应，二是如何提高能源利用效率。我国太阳能的利用技术特别是太阳能光热利用技术日趋成熟，但是太阳能属于不稳定的低密度能源，受到天气的影响较大，必须配置可靠的辅助能源保证热水的稳定供应。辅助能源有多种形式，设计时需要合理选择，做到稳定、节能、经济。 本文以温和地区为代表的云南省昆明市为例，在不同天气条件下，对家用太阳能热水系统的运行特性进行实验研究和理论分析。针对以上研究内容，开展了如下研究工作： （1）针对所建立的家用平板型太阳能热水系统，从实验和理论两方面分析其全天运行特性。结果表明，不同天气下日总辐照量对太阳能热水器日平均效率的影响不大，日总辐照量在5.3～22.2MJ时，系统热效率稳定在52%左右。分析了典型天气条件系统日均有用能量输出与辅助能量的关系，所得结论可为辅助型太阳能热水器辅助热源与集热面积的优化配置提供参考。 （2）以TRNSYS程序为平台，建立了模型并对家用平板型太阳能热水系统进行模拟研究。将TRNSYS模拟结果与实验结果进行对比分析表明，二者吻合较好。改变模型中的参数，以Meteorological数据库提供的典型气象年气象数据为依据，全年逐时对该系统在昆明和北京地区的运行特性进行累积计算。 （3）对昆明地区太阳辐射资源的年变化情况和室外温度分布情况进行了分析，根据家用实用型空气源热泵辅助太阳能热水装置，建立数学模型，采用典型气象年的参数下，研究该装置在月平均日情况下的运行特性，得出太阳能子系统单独运行，所能提供的热水负荷，需要空气源热泵辅助提供热量，为进一步完善和改进空气源热泵辅助太阳能热水的性能打下基础。 【关键词】：太阳能 热水器 热性能 TRNSYS 空气源热泵
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S214.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 选题的背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究与应用现状10-15
• 1.2.1 太阳能热水系统的研究与发展10-11
• 1.2.2 太阳能与空气源热泵联合的研究与发展11-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 太阳能热水系统理论基础及辅助热源简介16-30
• 2.1 概述16-18
• 2.1.1 太阳能热水系统分类及特点16
• 2.1.2 太阳能热水系统运行方式16-18
• 2.2 太阳能热水系统的选择18-26
• 2.2.1 循环模式的选择18-19
• 2.2.2 储热水箱19-21
• 2.2.3 太阳能集热器的定位21-26
• 2.3 太阳能集热器与建筑一体化26-27
• 2.4 辅助热源的选型27-29
• 2.4.1 空气源热泵简介28-29
• 2.4.2 空气源热泵辅助太阳能热水系统工作原理29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 太阳能热水系统实验研究30-40
• 3.1 概述30-31
• 3.2 实验装置构建31-33
• 3.3 系统性能评价指标33-34
• 3.4 实验结果及讨论34-38
• 3.4.1 不同辐照量系统日平均效率34-35
• 3.4.2 不同天气条件下系统运行特性35-38
• 3.4.3 系统有用能38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 太阳能热水系统模拟研究40-54
• 4.1 太阳辐射模型40-42
• 4.2 TRNSYS 软件介绍42-44
• 4.2.1 TRNSYS 软件开发背景42-43
• 4.2.2 TRNSYS软件功能简介43-44
• 4.2.3 模型中部件连接44
• 4.3 太阳能热水系统数学模型的建立44-46
• 4.4 太阳能热水系统仿真模型46-48
• 4.4.1 仿真模型标准部件46-47
• 4.4.2 仿真参数设置47-48
• 4.5 模拟结果及讨论48-53
• 4.5.1 太阳能热水系统模型验证48-51
• 4.5.2 太阳能热水系统动态模拟研究51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 空气源热泵辅助太阳能热水系统年运行性能模拟研究54-67
• 5.1 昆明地区太阳辐射资源的可利用性54-56
• 5.2 空气源热泵在昆明地区的适用特点56-59
• 5.2.1 结霜条件分析57-58
• 5.2.2 水箱补水温度计算58-59
• 5.3 空气源热泵辅助太阳能热水系统及运行特性研究59-66
• 5.3.1 装置简介59-60
• 5.3.2 基本假设和数学模型建立60-62
• 5.3.3 装置运行特性研究62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 研究工作总结67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文及参与课题情况74-75
• 致谢75

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