太阳能辅助热泵热水系统在西安市住宅建筑中的模拟研究

【摘要】：随着我国经济持续发展,建筑所消耗的能量越来越大,热水能耗占建筑总能耗很大的比例,减少热水能耗具有重要意义。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,热泵以消耗部分能量为补偿,可以将热量从低温热源转移到高温热源,将两者结合起来运用到热水系统中,可以使系统更加高效、稳定地运行。针对西安地区一栋住宅建筑设计了两套太阳能热泵热水系统,分别为太阳能辅助水水热泵(SAWSHP)热水系统和太阳能辅助地源热泵(SAGSHP)热水系统,并详细介绍系统的设计计算、系统在不同工况之下的运行模式和控制措施,这种多运行模式系统对环境的适应性更强,系统的效率更高。以TRNSYS软件为平台对所设计的两套热水系统进行建模,并对两套热水系统进行模拟分析,以集热器集热效率、集热器收集的有用能和系统COP等角度深入分析系统性能,模拟数据表明:两套热水系统在最冷天的供热水量和供热水温度都能满足要求。SAWSHP热水系统的集热器年平均集热效率为0.47,系统的年太阳能保证率为0.45,系统全年消耗的能量为44960.88MJ;SAGSHP热水系统的集热器年平均集热效率为0.49,系统的年太阳能保证率为0.49,系统全年消耗的能量为41475.9MJ,因此可以得出SAGSHP热水系统更适合西安地区。最后本文对SAGSHP热水系统与传统的锅炉供热水系统的初投资和运行费用进行了经济分析,由分析可知:与传统锅炉供热水系统相比,SAGSHP热水系统每年可节约8827.28元,系统的动态投资回收期为5.45年,每年可少排放CO2100.05吨,对环境造成的压力更小并且总的运行费用也更低。 【关键词】：太阳能热泵热水系统 集热效率 太阳能保证率 TRNSYS
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU822;TU18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 我国太阳能资源及利用10-12
• 1.3 热泵12-13
• 1.4 太阳能—热泵组合系统13
• 1.5 国内外研究现状13-16
• 1.5.1 国外研究现状13-15
• 1.5.2 国内研究现状15-16
• 1.6 现存问题16
• 1.7 课题研究的主要内容16-19
• 2 太阳能热泵热水系统设计19-31
• 2.1 建筑概况19
• 2.2 热水系统负荷计算19-20
• 2.3 气象设计参数20-21
• 2.4 常见太阳能热泵热水系统21-24
• 2.5 太阳能辅助水水热泵（SAWSHP）热水系统24-29
• 2.5.1 系统流程及特点24
• 2.5.2 集热器的连接24-25
• 2.5.3 集热器安装25-26
• 2.5.4 太阳能集热器总面积的确定26-27
• 2.5.5 太阳能集热系统流量的确定27
• 2.5.6 水箱设计27-28
• 2.5.7 辅助热源设计28-29
• 2.6 太阳能辅助地源热泵（SAGSHP）热水系统设计29
• 2.6.1 系统流程及特点29
• 2.6.2 系统设备选型及参数设置29
• 2.7 本章小结29-31
• 3 太阳能热泵热水系统主要部件数学模型分析31-43
• 3.1 TRNSYS软件简介31-32
• 3.2 太阳能集热器32-35
• 3.3 地埋管35-36
• 3.3.1 地埋管传热分析35-36
• 3.3.2 地埋管传热的主要影响因素36
• 3.4 热泵模型36-39
• 3.5 蓄热水箱模型39-41
• 3.6 温差控制器41-42
• 3.7 本章小结42-43
• 4 仿真模拟与分析43-67
• 4.1 太阳能辅助水水热泵（SAWSHP）热水系统仿真模型43-54
• 4.1.1 模型标准部件及参数设置44-46
• 4.1.2 模拟结果分析46-54
• 4.2 太阳能辅助地源热泵（SAGSHP）热水系统仿真模型54-62
• 4.2.1 标准部件及参数设置55
• 4.2.2 模拟结果分析55-62
• 4.3 模拟分析对比62-64
• 4.4 本章小结64-67
• 5 经济性分析67-73
• 5.1 系统的初投资67-68
• 5.1.1 传统热水系统67
• 5.1.2 太阳能辅助地源热泵（SAGSHP）热水系统67-68
• 5.2 系统的运行费用68
• 5.3 寿命期内SAGSHP系统总节省费用68-69
• 5.4 投资回收期69-70
• 5.5 系统的环保效益70
• 5.6 本章小结70-73
• 6 结论展望73-75
• 6.1 主要结论73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-81
• 附录81-83
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文清单83-85
• 致谢85

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