蓄熱水箱聯(lián)合太陽能熱泵供暖系統(tǒng)的應(yīng)用研究
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【摘要】:近年來,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,對能源的需求量也日益增加。在所有能耗中,建筑能耗所占比例高達1/4,且有逐步增加的趨勢,因此尋求一種可再生能源代替煤炭為建筑供暖成為一種必然。在所有可再生能源中,太陽能以之綠色無污染的優(yōu)勢成為首選。尤其是太陽能和熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng),綜合了兩種熱源的優(yōu)點。但傳統(tǒng)太陽能熱泵供暖系統(tǒng)在我國嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用中存在各種各樣的問題,且缺少針對該地區(qū)不同建筑類型間接蓄熱水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究;诖,本論文提出了新的太陽能+低溫?zé)峄厥湛諝庠礋岜寐?lián)合供暖系統(tǒng),并對系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備蓄熱水箱的容積及結(jié)構(gòu)設(shè)計做了詳細(xì)分析計算。本文首先詳細(xì)闡述了太陽能+低溫?zé)峄厥湛諝庠礋岜寐?lián)合供暖系統(tǒng)的設(shè)計方法。指出空氣源熱泵裝機容量的確定與室外逐時溫度及建筑逐時負(fù)荷相關(guān),在實際計算時應(yīng)首先確定最佳平衡點溫度,由最佳平衡點溫度下的建筑負(fù)荷推算機組的裝機容量;指出影響集熱器面積計算的關(guān)鍵參數(shù)為太陽能保證率及集熱效率,通過分析室外逐時溫度、建筑逐時熱負(fù)荷以及熱泵的制熱性能之間的耦合特性,得出太陽能保證率的計算方法及流程,通過實驗測試得到該系統(tǒng)模式下集熱側(cè)的最佳循環(huán)流量,進而計算得到集熱器的集熱效率;指出蓄熱水箱容積的計算方法,通過分析熱泵機組的制冷+熱回收性能確定了水箱的蓄熱溫度。通過分析居住、辦公建筑運行控制策略與水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的關(guān)系,指出了居住、辦公建筑水箱在結(jié)構(gòu)設(shè)計時的側(cè)重點。對于居住建筑,其內(nèi)置換熱盤管設(shè)計應(yīng)以換熱效率為主,宜選擇立式螺旋盤管,水箱至熱泵側(cè)的供回水管設(shè)計應(yīng)考慮水箱的容積利用率,參考自然分層水蓄冷槽進出水管的設(shè)計,通過改變水箱進出水管的位置及在進水管上部加設(shè)圓形擋板提高水箱容積利用率,并通過CFD模擬找出最佳擋板規(guī)格及其與進水口的距離;同時,通過CFD模擬比較了帶擋板水箱與常規(guī)水箱的溫度分層現(xiàn)象及其容積利用率,指出改變結(jié)構(gòu)后的水箱容積利用率可大大提高。對于辦公建筑,其內(nèi)置盤管設(shè)計應(yīng)同時兼顧換熱效率及釋熱速率。在重慶大學(xué)搭建了小型試驗臺。通過實驗測試居住建筑不同結(jié)構(gòu)水箱的出口水溫及內(nèi)部溫度分布,驗證CFD模擬結(jié)果的正確性,分析測試結(jié)果與模擬結(jié)果出現(xiàn)微小不同的原因。對辦公建筑兩種不同換熱盤管的性能進行測試,結(jié)果表明平鋪U型管的釋熱速率要遠(yuǎn)大于螺旋立管,已超過了螺旋管換熱效率高的優(yōu)點,即辦公建筑蓄熱水箱的內(nèi)置換熱盤管選擇平鋪U型管更優(yōu)。同時,將該研究成果通過相似、類比法應(yīng)用到嚴(yán)寒地區(qū)的工程中。最后,對不同結(jié)構(gòu)水箱對熱泵機組運行性能的影響進行了分析與預(yù)測。研究表明:對于居住建筑而言,空氣源熱泵聯(lián)合帶擋板水箱運行時的COP值可較聯(lián)合常規(guī)水箱時提高3.17%;對于辦公建筑,熱泵聯(lián)合內(nèi)置平鋪U型管水箱運行時的COP值可較聯(lián)合內(nèi)置螺旋立管水箱提高7.16%。
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【學(xué)位授予單位】:重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號】:TU832;TU18
【目錄】:
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 1 緒論10-16
- 1.1 課題研究背景及意義10-11
- 1.1.1 研究背景10-11
- 1.1.2 研究意義11
- 1.2 太陽能熱泵發(fā)展現(xiàn)狀11-13
- 1.2.1 太陽能熱泵系統(tǒng)綜合利用的特點11-12
- 1.2.2 太陽能熱泵系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀12
- 1.2.3 太陽能熱泵系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
- 1.3 蓄熱水箱的發(fā)展研究現(xiàn)狀13-14
- 1.3.1 水箱溫度分層研究13
- 1.3.2 水箱結(jié)構(gòu)研究13-14
- 1.4 嚴(yán)寒地區(qū)太陽能資源概述及應(yīng)用現(xiàn)狀14
- 1.5 課題主要研究內(nèi)容14-15
- 1.6 本章小結(jié)15-16
- 2 太陽能—低溫?zé)峄厥招涂諝庠礋岜寐?lián)合供暖的理論分析16-30
- 2.1 太陽能集熱側(cè)的熱力學(xué)理論16-22
- 2.1.1 太陽能集熱器的分類及特點16-19
- 2.1.2 太陽能集熱器的效率分析19-21
- 2.1.3 集熱器安裝傾角及太陽光線入射角分析21
- 2.1.4 集熱器串并聯(lián)方式21-22
- 2.2 熱回收型空氣源熱泵運行理論分析22-24
- 2.3 水箱蓄熱理論分析24-25
- 2.3.1 蓄熱介質(zhì)24-25
- 2.3.2 蓄熱水箱結(jié)構(gòu)及運行原理25
- 2.4 系統(tǒng)運行基本原理25-28
- 2.4.1 運行原理25-27
- 2.4.2 運行工況分析27
- 2.4.3 系統(tǒng)特點27-28
- 2.5 本章小結(jié)28-30
- 3 太陽能—低溫?zé)峄厥招涂諝庠礋岜寐?lián)合供暖系統(tǒng)設(shè)計30-54
- 3.1 建筑熱負(fù)荷計算30-32
- 3.1.1 拉薩室外氣候特征30-31
- 3.1.2 建筑概況31
- 3.1.3 建筑熱負(fù)荷模擬31-32
- 3.2 空氣源熱泵的選型32-34
- 3.3 太陽能集熱器面積分析計算34-41
- 3.3.1 集熱器面積影響因素分析34-36
- 3.3.2 集熱器面積計算36-41
- 3.4 蓄熱水箱容積計算41-43
- 3.4.1 蓄熱量41
- 3.4.2 蓄熱溫度41-42
- 3.4.3 蓄熱水箱容積計算42-43
- 3.5 換熱盤管設(shè)計43-47
- 3.5.1 U型管及螺旋管的傳熱方程43-44
- 3.5.2 U型管的傳熱數(shù)學(xué)模型44-45
- 3.5.3 螺旋管的傳熱數(shù)學(xué)模型45-46
- 3.5.4 盤管換熱面積計算46-47
- 3.6 自動控制系統(tǒng)設(shè)計47
- 3.7 技術(shù)經(jīng)濟性分析47-51
- 3.7.1 技術(shù)經(jīng)濟評價參數(shù)47
- 3.7.2 費用年值法經(jīng)濟性分析47-48
- 3.7.3 系統(tǒng)初投資48-49
- 3.7.4 運行費用49-50
- 3.7.5 費用年值比較50
- 3.7.6 環(huán)境效益分析50-51
- 3.8 本章小結(jié)51-54
- 4 蓄熱水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計54-76
- 4.1 蓄熱水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計分析54-56
- 4.1.1 居住建筑蓄熱水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計54-55
- 4.1.2 辦公建筑蓄熱水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計55-56
- 4.2 數(shù)值模擬56-74
- 4.2.1 數(shù)值模擬簡介56
- 4.2.2 蓄熱水箱分層模型56-58
- 4.2.3 帶擋板結(jié)構(gòu)水箱數(shù)值模擬58-68
- 4.2.4 不同結(jié)構(gòu)水箱數(shù)值模擬68-74
- 4.3 本章小結(jié)74-76
- 5 實驗研究76-86
- 5.1 試驗臺搭建76
- 5.2 實驗內(nèi)容76
- 5.3 測點布置及數(shù)據(jù)采集76-77
- 5.4 測試結(jié)果及分析77-85
- 5.4.1 居住建筑兩種不同結(jié)構(gòu)水箱性能測試77-81
- 5.4.2 辦公建筑蓄熱水箱內(nèi)置盤管換熱性能測試81-85
- 5.5 本章小結(jié)85-86
- 6 不同結(jié)構(gòu)水箱對熱泵運行性能的影響預(yù)測分析86-90
- 6.1 居住建筑不同結(jié)構(gòu)水箱對熱泵運行性能的影響預(yù)測分析86-87
- 6.2 辦公建筑不同結(jié)構(gòu)水箱對熱泵運行性能的影響預(yù)測分析87-89
- 6.3 本章小結(jié)89-90
- 7 結(jié)論與建議90-92
- 7.1 結(jié)論90
- 7.2 建議90-92
- 致謝92-94
- 參考文獻94-98
- 附錄98
- A 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文98
- B 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄98
【參考文獻】
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,本文編號:605582
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