槽式太阳能集热器驱动氨吸收式热泵供暖系统性能研究

【摘要】：太阳能以其取之不尽、用之不竭的特点而得到国内外的广泛应用。目前，太阳能热水系统已在我国得到了推广应用，而作为其能耗占建筑能耗高达45%的采暖系统，对太阳能的利用却十分有限。 本文在广泛查阅目前国内外对太阳能供暖系统的应用及研究现状的基础上，提出了本研究课题。以天津大学某办公楼建筑节能改造工程为基础，研究了槽式太阳能集热器驱动氨吸收式热泵供暖系统的性能。本系统将通常用于太阳能发电系统且发展较为成熟的槽式太阳能集热器用于为氨吸收式热泵提供高温热源，从而实现利用太阳能为建筑物供暖。 首先，本文分析了槽式太阳能集热器的工作原理，在此基础上建立了槽式太阳能集热器对太阳辐射的吸收模型和换热模型，并应用Matlab软件对所建模型进行了求解，从理论方面对槽式太阳能集热器的换热规律进行了研究。通过现场测试的方式验证了所建模型的准确性、可靠性。 其次，对氨吸收式热泵热力循环进行了理论分析及计算，使用Matlab软件编写了氨吸收式热泵热力循环计算程序，并用文献中的相关算例进行了验证。 在此基础上，本文对槽式太阳能集热器驱动氨吸收式热泵供暖系统的相关性能进行了模拟研究。计算了设计运行策略下典型气象年的太阳能保证率；研究了太阳辐射强度、室外空气温度及风速、导热油流速、导热油进口温度对槽式太阳能集热器效率的影响；并分析了导热油供油温度及室外空气温度对氨吸收式热泵COP的影响；最后计算了该建筑采用不同的能源供暖的一次能源利用率，为槽式太阳能集热器驱动氨吸收式热泵供暖系统的优化设计、运行策略等方面的研究提供了技术储备和理论支持。 【关键词】：槽式太阳能集热器 氨吸收式热泵 太阳能保证率 集热器效率 一次能源利用率
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.1;TU832
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 太阳能的利用现状9-10
• 1.2 主动式太阳能采暖系统的应用与研究现状10-14
• 1.2.1 主动式太阳能采暖系统的国内外应用现状10-12
• 1.2.2 槽式太阳能集热器的国内外研究现状12-13
• 1.2.3 太阳能吸收式热泵的国内外研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容及方法14-15
• 1.4 课题研究意义15-16
• 1.5 论文架构16-17
• 第二章 槽式太阳能集热器的模型建立及求解17-34
• 2.1 太阳辐射基本理论17-21
• 2.1.1 太阳角17-18
• 2.1.2 地球表面的日射得热计算18-21
• 2.2 槽式太阳能集热器工作原理及集热过程的描述21-22
• 2.3 控制方程组22-29
• 2.3.1 真空玻璃管 i 控制体的能量平衡方程23-26
• 2.3.2 金属集热管 i 控制体的能量平衡方程26-28
• 2.3.3 传热介质的能量平衡方程28-29
• 2.4 单值性条件29
• 2.5 离散方程29-31
• 2.5.1 真空玻璃管各控制体的离散方程29-30
• 2.5.2 金属集热管各控制体的离散方程30-31
• 2.5.3 传热介质（导热油）各控制体的离散方程31
• 2.6 模型求解31-34
• 第三章 氨吸收式热泵系统的热力计算及程序编制34-51
• 3.1 吸收式热泵的理论基础34-36
• 3.1.1 三热源的热量转换的可能性34-35
• 3.1.2 第一类吸收式热泵35-36
• 3.2 单级氨吸收式热泵的理论基础36-41
• 3.2.1 工质对的选择36-37
• 3.2.2 氨水溶液的状态方程与计算模型37-41
• 3.3 单级氨吸收式热泵的原理与计算41-49
• 3.3.1 单级氨吸收式热泵的理论循环流程41-43
• 3.3.2 单级氨吸收式热泵的实际循环流程43-44
• 3.3.3 氨吸收式热泵的热力计算44-48
• 3.3.4 氨吸收式热泵主要设备负荷计算48-49
• 3.4 氨吸收式热泵热力循环计算的编程49-51
• 第四章 槽式太阳能集热器模型的实验验证51-60
• 4.1 工程概况51-52
• 4.2 测试用主要仪表52-55
• 4.3 测试方法55-56
• 4.4 测试结果及模型验证56-60
• 4.4.1 测试结果56-58
• 4.4.2 模型验证58
• 4.4.3 误差产生原因58-60
• 第五章 系统的太阳能保证率及系统性能分析60-74
• 5.1 典型气象年系统的太阳能保证率60-63
• 5.1.1 典型气象年采暖季热负荷模拟计算60-62
• 5.1.2 典型气象年采暖季系统的太阳能保证率62-63
• 5.2 太阳能集热器集热效率的影响因素分析63-68
• 5.2.1 太阳能集热器效率63
• 5.2.2 影响太阳能集热器集热效率因素分析63-68
• 5.3 氨吸收式热泵的影响因素分析68-69
• 5.3.1 导热油温度对氨吸收式热泵性能影响分析68-69
• 5.3.2 室外空气温度对氨吸收式热泵性能影响分析69
• 5.4 采用三种能源供暖的系统一次能源利用率分析69-72
• 5.4.1 空气源热泵系统70-71
• 5.4.2 以电为辅助能源的槽式太阳能集热器驱动氨吸收式热泵系统71
• 5.4.3 以天然气为辅助能源的槽式太阳能集热器驱动氨吸收式热泵系统71-72
• 5.5 节能减排分析72-74
• 5.5.1 一次能源消耗72-73
• 5.5.2 二氧化碳排放73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 问题与展望75-76
• 参考文献76-80
• 发表论文和参加科研情况说明80-81
• 致谢81

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