兰州地区太阳能热泵无水采暖系统实验研究

【摘要】：近年来,随着经济的快速增长带来的环境破坏,太阳能这一无污染的清洁能源越来越受到人们的重视。针对目前我国能源短缺与环境污染的问题,以可持续发展和节能减排为目标,本文提出了一种新型的太阳能热泵无水采暖系统。该系统是基于目前太阳能利用与热泵系统融合的思想,在直接膨胀式太阳能热泵系统集热蒸发原理的基础上,与无水地板辐射采暖系统相结合,将太阳能利用与地暖盘管系统相结合,以较高的效率实现室内的采暖。 本文结合兰州地区的室外热环境,在太阳能热泵无水采暖系统理论分析的基础上,进行了太阳能采暖系统实验装置的设计和选型,搭建了系统实验房,并进行了相关的实验研究与模拟运算。其主要研究的内容和结果如下： 1、本文阐述了太阳能热泵无水采暖系统的基本原理,对系统各组成部件进行了深入的分析,建立了太阳能热泵无水采暖系统的实验模型,通过实验研究整个系统的运行过程。 2、利用实验的方法研究了太阳能集热/蒸发器、热泵压缩机、地暖盘管在不同室外典型热环境下的运行参数的变化情况。验证了紫铜加压地暖盘管在实际应用中的可行性。 3、实验结果表明,这种系统在小户型住宅采暖中具有一定的优势,能够改善常规能源利用所造成的资源浪费。 4、基于建筑能耗模拟分析软件DeST (Designer's Simulation Toolkits),对整个实验房的热环境进行模拟研究,通过对比模拟运算与实验中的建筑热负荷、室内温度的逐时变化情况,进一步验证系统的可行性。此外,使用费用年值法,对比新型太阳能热泵无水采暖系统与城市普遍使用的集中供暖系统以及燃气锅炉系统的费用年值,来分析出该新型系统相比于两种老式的采暖系统在经济上的优劣。结果表明,太阳能热泵无水采暖系统费用年值适中并且环境效益显著。通过实验及数值分析,得出在技术、经济、节能、环保等方面,本文所提出的太阳能热泵无水采暖系统都有一定的优势,为太阳能在寒冷地区的太阳能热泵采暖工程的应用提供了一定的依据。 【关键词】：建筑节能 太阳能 热泵 地板辐射采暖
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU832.1
【目录】：

• 目录5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-12
• 1.1.1 能源概况9-10
• 1.1.2 建筑节能与太阳能的利用10-12
• 1.2 太阳能热泵采暖的应用研究12-15
• 1.2.1 热泵技术的发展12-14
• 1.2.2 太阳能热泵系统研究现状14-15
• 1.3 课题研究的目的、内容及方法15-17
• 1.3.1 课题研究的目的及意义15-16
• 1.3.2 课题研究的主要内容和方法16-17
• 第2章 太阳能热泵无水采暖系统的理论研究与系统分析17-24
• 2.1 太阳能热泵系统17-19
• 2.1.1 间接(非直接)膨胀式太阳能热泵系统17-18
• 2.1.2 直接膨胀式太阳能热泵系统18-19
• 2.2 太阳能无水热泵系统19-23
• 2.2.1 系统原理19-20
• 2.2.2 理论分析20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 实验装置的设计及搭建24-42
• 3.1 实验房的计算24-33
• 3.1.1 布局规划及设计24-26
• 3.1.2 实验房地板辐射采暖敷设设计26-28
• 3.1.3 地板辐射采暖构造层传热计算28-31
• 3.1.4 实验房的负荷分析31-33
• 3.2 部件选型与设计计算33-40
• 3.2.1 太阳能集热/蒸发器设计选型33-38
• 3.2.2 热泵系统部件及配件38-39
• 3.2.3 实验测试及控制系统39-40
• 3.3 实验房的调试与建立40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 太阳能热泵无水系统的实验测试及结果分析42-53
• 4.1 太阳能热泵无水系统的性能实验42-48
• 4.1.1 测试数据及分析42-45
• 4.1.2 太阳能集热板性能45-48
• 4.2 太阳能热泵无水地暖的性能实验与分析48-49
• 4.3 实验房的供暖房间热环境实验与分析49-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 太阳能热泵无水系统的能耗模数值与经济性分析53-62
• 5.1 太阳能热泵系统的动态负荷分析53-57
• 5.1.1 系统模型的建立53-55
• 5.1.2 动态负荷的数值模拟55-57
• 5.2 系统经济性分析57-61
• 5.2.1 费用年值法经济性分析57-58
• 5.2.2 系统初投资的比较58
• 5.2.3 系统运行费用的比较58-60
• 5.2.4 系统环境效益分析60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论与展望62-64
• 1. 研究成果和创新点62-63
• 2. 研究展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文69

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