兰州地区村镇住宅太阳能供暖系统设计研究

【摘要】：现如今,随着能源危机的出现,寻找可再生新能源成为一种趋势。太阳能作为一种可再生新能源,符合当前减轻能源紧张和保护环境的需求。兰州地区位于西部地区,太阳能资源丰富,光照时间长,益于太阳能资源研究。本文从建筑节能的角度,依据建筑布局、规划理念,提出一套新型村镇住宅的设计思路,主要对此住宅设计相应的太阳能辅助空气源热泵供暖系统,充分利用太阳能,改善村镇住宅采暖情况。本文的主要研究内容与结论如下： 1.从建筑节能的角度,根据兰州当地住宅的特点,对建筑进行布局、规划以及围护结构设计,提出一套新型村镇住宅的设计思路,重点对此住宅设计相应的太阳能辅助空气源热泵供暖系统,同时对本套系统的组成部分：太阳能集热系统、空气源热泵热水系统、地板辐射采暖系统等做了详细的分析和计算,并对系统的工作原理、运行模式和控制方式做了叙述。 2.利用TRNSYS软件,对本次住宅和太阳能辅助空气源热泵供暖系统采取仿真模拟,利用软件得出整个采暖期太阳辐射、太阳能保证率、太阳能集热器效率、室内温度、室内逐时负荷以及室外温度的变化情况。在上述模拟基础上,对系统设计的参数进行了优化,得出系统的最优数据。模拟数据表明太阳能辅助空气源热泵供暖系统在兰州地区具有实用性。 3.对太阳能辅助空气源热泵供暖系统与集中供暖系统、天然气供暖系统利用费用年值法进行经济效益分析,得出太阳能辅助空气源热泵供暖系统的费用年值最低,并对其环境效益作出分析,全面得表明太阳能辅助空气源热泵供暖系统具有发展优势。 从节能、经济的角度,本文研究结果表明了太阳能辅助空气源热泵供暖系统的可行性,也为村镇住宅供暖系统设计提供了新的想法,即有利于提高住宅的舒适性需求,又具有一定的环境效益。 【关键词】：太阳能 空气源热泵 供暖系统 建筑节能 经济性能
【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5-8
• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题的研究背景11-13
• 1.1.1 各国能源利用情况11
• 1.1.2 太阳能资源利用11-12
• 1.1.3 热泵系统的研究利用12-13
• 1.2 太阳能热水系统和空气源热泵的结合形式13-16
• 1.3 课题国内外研究现状16-18
• 1.3.1 国外现状的研究16-17
• 1.3.2 国内现状的研究17-18
• 1.4 本文研究的来源与提出18-20
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 本文研究的目的和意义18
• 1.4.3 本文研究的内容18-20
• 第2章 太阳能辅助空气源热泵供暖系统工作原理与数学模型分析20-37
• 2.1 太阳能辅助空气源热泵供暖系统的工作原理、运行方式20-24
• 2.1.1 系统的工作原理20-21
• 2.1.2 系统的运行方式21-22
• 2.1.3 系统的控制方式22-24
• 2.2 太阳能集热数学单元模型24-29
• 2.2.1 太阳辐照量计算24-25
• 2.2.2 平板集热器单元数学模型25-29
• 2.3 空气源热泵单元数学模型29-31
• 2.4 太阳能蓄热水箱单元数学模型31-33
• 2.4.1 蓄热水箱的能量平衡方程31-33
• 2.4.2 蓄热水箱的蓄热量计算33
• 2.5 地板辐射采暖系统单元数学模型33-36
• 2.5.1 建立地板辐射采暖的导热微分方程34-35
• 2.5.2 地板辐射采暖系统的换热量35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 兰州地区太阳能辅助空气源热泵供暖系统设计计算37-54
• 3.1 概述37-38
• 3.2 示范性住宅的布局规划和设计38-43
• 3.2.1 建筑规划布局38-41
• 3.2.2 建筑围护结构节能设计41-43
• 3.3 太阳能辅助空气源热泵地板辐射供暖系统的设计计算43-53
• 3.3.1 供暖系统负荷确定44
• 3.3.2 太阳能集热系统的设计计算44-49
• 3.3.3 辅助热源选型49-50
• 3.3.4 地板辐射采暖系统设计50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第4章 太阳能辅助空气源热泵供暖系统动态模拟分析54-66
• 4.1 模拟软件概况54-55
• 4.1.1 TRNSYS软件介绍54
• 4.1.2 TRNSYS运行模式及特点54-55
• 4.2 住宅室温TRNSYS模拟分析55-58
• 4.2.1 住宅及系统模型标准部件及设置55-56
• 4.2.2 模拟结果分析56-58
• 4.3 太阳能辅助空气源热泵供暖系统的动态模拟分析58-63
• 4.3.1 建立系统仿真模型58-59
• 4.3.2 模拟结果分析59-63
• 4.4 太阳能辅助空气源热泵地板辐射采暖系统模拟优化63-65
• 4.4.1 基本参数设置63
• 4.4.2 平板集热器面积的优化模拟63-64
• 4.4.3 蓄热水箱体积优化模拟64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 太阳能辅助空气源热泵供暖系统的效益分析66-72
• 5.1 经济效益分析66-69
• 5.1.1 费用年值计算方法66
• 5.1.2 供暖系统的初投资费用和运行费用分析66-69
• 5.1.3 不同采暖系统的费用年值比较69
• 5.2 环境效益分析69-70
• 5.3 本章小结70-72
• 结论与展望72-74
• 1. 结论72-73
• 2. 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文79

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