高原机场建筑太阳能复合式供暖系统研究

摘要

高原地区冬季寒冷漫长且太阳辐射强度大、日照时间长，高原机场建筑热负荷波动变化大，特殊的气候条件和热负荷变化特征要求供暖系统热能资源的配置不同于平原地区。目前,高原地区的建筑供暖热源大多为常规锅炉和风冷热泵等设备，常见的加大供热设备容量的做法使得高原地区的供热能耗较高，能源浪费严重。如何适应并充分利用高原地区丰富的太阳能资源，满足热负荷波动大的机场建筑供暖需求，并提高供暖系统运行能效的问题亟待解决。
　　本文首先研究高原地区气候特点及机场建筑负荷特性，提出用太阳能+水源热泵复合供暖系统满足供暖要求。
　　其次，建立高原地区机场建筑太阳能+水源热泵复合供暖系统耦合模型，分别建立太阳能集热器、水源热泵、分层蓄热水箱以及末端+水泵数学模型。开发高原地区机场建筑太阳能+水源热泵供暖系统的模拟与评价软件，可对高原机场供暖期的运行情况进行动态数值模拟，对比并评价复合式供暖系统与常规水源热泵系统和常规燃气锅炉系统节能性、经济性和环保性的优劣。
　　再次，通过比对某高原地区机场建筑的供暖系统实测数据与软件模拟数据，验证软件数学模型的可靠性和正确性。
　　然后，用开发软件模拟分析复合式供暖系统的运行特性，针对存在的问题，优化分析集热装置的体积、太阳能集热器的倾斜角度和面积，以及系统供暖温度等主要影响因素。
　　最后，提出用相变蓄热水箱代替复合式供暖系统的传统蓄热水箱。建立相变蓄热水箱数学模型，利用所搭建的相变蓄热水箱试验台进行了实验研究，验证数学模型的准确性。同时，模拟分析有机和无机相变材料在蓄放热运行工况中表现出来的不同特性，总结相变板厚度、进水温度和水箱流量对水箱换热性能的影响规律，提出最佳设计参数，并提出复合式相变蓄能系统的控制运行方案，为高原地区机场建筑的高效供暖提供理论依据。

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