重庆村镇太阳能复合空气源热泵热水系统过渡季节性能实测研究

【摘要】：美丽乡村与绿色小城镇建设是国家城镇化进程与村镇生态文明建设的重大战略举措。随着国家战略的实施与推进,重庆地区村镇建设以及相关村镇产业得到了巨大发展,农民纯收入迅速增加,近十年增长了3倍多。由于气候以及地理位置原因,这一地区村镇居民的人居环境较恶劣;随着社会经济的发展,该地区人居环境改善的需求也大幅提升。通过对重庆地区10余个村镇近600户村镇居民开展的实际调研发现,该地区村镇居民生活热水改善需求迫切,其热水用能主要组成为:39%薪柴、30%天然气、16%电热、15%太阳能。同时发现,村镇居民生活热水的使用习惯与用能方式具有很强的相关性。为了研究适合重庆山地绿色村镇建设的生活热水供应方式,选取太阳能热水供应技术进行了性能实测分析研究,结果发现:1)在过渡季节以制备50℃生活热水为例,由于太阳能资源总量不丰富,同时受山地微气候因素的影响,有68%的时间不能满足热水使用需求,必须借助于电加热等辅助能源。2)在太阳能辐射强度不能满足热水使用要求(水箱温度≤45℃)的天气条件下,有2/3的时间水箱温升在15℃以下(水箱最终加热到≤30℃),得到的热水品质很低。3)在过渡季节,太阳能热水系统集热板的平均集热效率为31.4%,在重庆地区进行过渡季节太阳能集热系统设计时,集热板效率应取中值。基于太阳能热水系统实测性能分析研究,搭建了太阳能复合空气源热泵热水系统实测平台,通过实测分析发现:1)在整个过渡季节通过太阳能和热泵双热源联合运行,实现多热源互补,充分利用了过渡季节总量不丰富的太阳能,改善了空气源热泵的运行工况,提升了系统性能。2)过渡季节有79%以上的时间系统一次能源利用率优于燃气热水器的额定性能。同时,通过实测数据与理论分析,针对双热源匹配设计以及运行调控提出了优化方法。 【关键词】：重庆村镇地区 太阳能热水系统 太阳能复合空气源热泵热水系统 优化分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU822
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.2.3 国内外研究现状总结13
• 1.3 研究目的13-14
• 1.4 研究内容14
• 1.5 技术路线14-15
• 2 重庆村镇地区生活热水使用现状调研分析15-25
• 2.1 调研内容16-17
• 2.2 调研问卷17-18
• 2.3 调研分析18-23
• 2.4 总结23-25
• 3 实测平台的搭建25-47
• 3.1 实测平台的设计原理与计算26-32
• 3.1.1 系统形式与原理图26-27
• 3.1.2 系统部件的选择与计算27-32
• 3.2 实测平台的安装与调试32-38
• 3.2.1 太阳能复合空气源热泵热水系统的安装与调试32-37
• 3.2.2 太阳能热水系统的安装与调试37-38
• 3.3 检测系统的安装与调试38-43
• 3.3.1 测点布置38
• 3.3.2 测点参数38-43
• 3.3.3 检测系统的调试43
• 3.4 误差分析43-45
• 3.5 实验内容45-47
• 4 重庆村镇地区太阳能热水系统性能研究47-69
• 4.1 重庆地区太阳能资源现状47-48
• 4.2 实测太阳能辐射分析48-52
• 4.2.1 实测数据与典型年数据对比分析48-49
• 4.2.2 太阳辐射转换理论49-51
• 4.2.3 朝向和倾角对太阳能辐射密度的影响51-52
• 4.3 太阳能热水系统理论52-53
• 4.4 太阳能热水系统性能实测分析53-67
• 4.4.1 实验测试方案54
• 4.4.2 实验工况统计54
• 4.4.3 太阳能热水系统集热性能影响因素分析54-65
• 4.4.4 过渡季节阴雨天气条件下系统性能65-67
• 4.5 小结67-69
• 5 重庆村镇地区太阳能复合空气源热泵热水系统性能研究69-81
• 5.1 实验测试方案69
• 5.2 实验工况统计69-70
• 5.3 过渡季节复合系统运行性能影响因素分析70-75
• 5.3.1 环境温度对系统性能的影响70
• 5.3.2 太阳能辐照量对复合系统性能的影响70-71
• 5.3.3 空气源热泵开机时刻对复合系统性能的影响71-73
• 5.3.4 各因素对复合系统性能的综合影响73-75
• 5.4 太阳能辐照度较低时复合系统的联合运行性能分析75-78
• 5.4.1 复合系统运行性能75-77
• 5.4.2 同等天气情况下热泵单独运行时的性能77
• 5.4.3 对比分析77-78
• 5.5 太阳能辐照度较高时复合系统的联合运行性能分析78-80
• 5.5.1 复合系统运行性能78-79
• 5.5.2 单独太阳能热水系统运行性能79-80
• 5.3.3 对比分析80
• 5.6 小结80-81
• 6 太阳能复合空气源热泵热水系统运行优化81-97
• 6.1 复合系统最佳匹配的研究81-84
• 6.1.1 系统介绍81-82
• 6.1.2 系统优化控制原则82-83
• 6.1.3 优化计算83-84
• 6.2 热泵最佳开启时刻的优化研究84-94
• 6.2.1 太阳能热水系统运行控制方程84-87
• 6.2.2 空气源热泵运行控制方程87-88
• 6.2.3 复合系统运行控制原则88
• 6.2.4 模拟结果与实测结果对比分析88-90
• 6.2.5 热泵开机时刻对系统性能的影响90-94
• 6.3 太阳能复合空气源热泵热水系统的产品升级94-95
• 6.4 小结95-97
• 7 结论与展望97-99
• 7.1 研究主要结论97-98
• 7.2 研究存在问题与展望98-99
• 致谢99-101
• 参考文献101-105
• 附录105
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文105
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目105

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