太阳能热泵采暖系统的理论分析与设计研究

【摘要】：随着我国城镇化进程的发展和加快，建筑能耗占社会总能耗的比重也越来越大。太阳能热泵将太阳能和热泵有机结合在一起，达到优势互补的目的，既满足能质匹配的原则，又能获得良好的节能和环境效益。本文以保定市某建筑为对象，采用理论分析和工程实例设计的方法对太阳能热泵采暖系统的性能和应用进行研究，并探讨改进途径，旨在降低建筑能耗和环境污染。 本文通过比较太阳能热泵的系统形式，选取非直膨并联式太阳能热泵系统作为研究对象，建立太阳辐射、集热器、压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构模型。在室外环境温度-15~5℃，采暖系统供水温度35~55℃，采暖负荷5kW~30kW，热泵循环过热度5℃，过冷度5℃，压缩机指示效率0.85，制冷剂为R134a下，以独立开启热泵模式为例，计算分析系统的性能系数。指出性能系数随环境温度的降低和出水温度的升高而降低，而当出水温度升高时，性能系数下降的幅度随环境温度的增加而增加；功耗随环境温度的降低而升高，但当出水温度增加时，环境温度对功耗增加幅度的影响不大；功耗也随出水温度的升高而升高，且增加的幅度随负荷的升高而逐渐增加。 然后选择保定某别墅，依据相关标准和规范进行设计。为满足用户冬季供暖和常年提供生活用水的要求，该建筑最大热负荷为9.8kW。设计中选取JD58HP-20型全玻璃真空管式太阳能集热器，集热器总面积为36.7m~2，安装倾角为39°，采用串并联的连接方式。采用两个蓄热水箱，其中采暖水箱容积为3m~3，生活热水水箱容积为0.6m~3。压缩机选用比泽尔4CC-6.2Y活塞式制冷压缩机，节流机构为TE5系列DANFOSS热力膨胀阀，蒸发器实际内表面换热面积为0.73m~2，冷凝器为0.53m~2。末端地热盘管采用交联聚乙烯PEX管Φ14×2.0mm，为蛇形排管式布置。 最后，为了提高系统效率和运行安全稳定性，分析采用太阳能跟踪机构和乙二醇水溶液以提高集热效率；研究采用CO2作为工质以减少对环境的影响和提高供水温度，采用地下水或土壤作为热泵低温热源提高热泵机组效率和运行安全稳定性，以及采用带经济器的准二级压缩改善压缩机的工作条件；同时以保定某单位太阳能采暖系统和间接膨胀式太阳能多功能热泵系统为例，探讨系统的运行模式。 【关键词】：太阳能热泵 地板辐射采暖 性能系数 系统设计
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU832.17;TK519
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 本课题研究背景及意义10
• 1.2 太阳能热泵采暖技术的国内外研究和发展现状10-14
• 1.3 本课题的主要研究内容14-15
• 第二章 太阳能热泵系统理论分析15-31
• 2.1 太阳能热泵系统结构15-18
• 2.2 太阳能热泵系统性能计算18-26
• 2.2.1 太阳辐射模型18-19
• 2.2.2 集热器模型19-20
• 2.2.3 压缩机模型20-21
• 2.2.4 冷凝器模型21-22
• 2.2.5 蒸发器模型22-25
• 2.2.6 节流机构模型25-26
• 2.2.7 系统性能系数26
• 2.3 太阳能热泵系统变工况特性26-30
• 2.3.1 单独开启热泵模式26-30
• 2.3.2 热泵和太阳能共同开启模式30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 太阳能热泵采暖系统设计31-48
• 3.1 设计对象概况31
• 3.2 设计参数及设计依据31-33
• 3.3 供热负荷计算33-34
• 3.4 太阳能热泵系统设计34-47
• 3.4.1 集热系统设计34-40
• 3.4.2 蓄热水箱设计40-41
• 3.4.3 压缩机选型41-42
• 3.4.4 节流机构选型42
• 3.4.5 蒸发器设计42-44
• 3.4.6 冷凝器设计44-46
• 3.4.7 末端地热盘管系统设计46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 太阳能热泵采暖系统优化48-59
• 4.1 太阳能系统优化48
• 4.2 热泵系统优化48-54
• 4.2.1 热泵工质48-51
• 4.2.2 低温热源种类51-52
• 4.2.3 机组型式52-54
• 4.3 系统运行优化54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果64-65
• 致谢65-66
• 作者简历66

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