北京地区太阳能-空气源热泵辐射采暖系统适用性研究

摘要

近年来，“雾霾天”已经成为北京市的“新常态”，不断危害着人们身体健康。煤炭粗放的采暖方式是造成北方雾霾的主要原因之一，因此通过采用清洁能源供暖调整传统能源结构是改善北京环境的方向之一。目前针对太阳能与空气能相结合的系统研究主要应用于热水供应，本文建立了太阳能-空气源热泵辐射采暖系统，对该系统在北京地区低层办公建筑中的适用性进行研究。
　　(1)为了揭示热过程中能量质的变化规律，对系统主要换热过程进行(炯)分析。通过建立(炯)平衡方程，对能量传递过程中的品位变化进行分析，指导系统进行优化及策略选择。通过理论分析得出系统集热过程的(炯)损失与出水温度TH、进水温度TL和供热温度Ts有关，为了降低(炯)损失，在集热过程中应对流量大小进行调整。在末端放热过程中，毛细管辐射采暖方式相比于空调器对流换热所造成的(炯)损失更小，辐射面积的选择对(炯)损失的影响较大。
　　(2)为了验证系统在北京地区的实际适用性，搭建了太阳能-空气源热泵辐射采暖系统实验台，对系统主要三种供暖模式开展了研究。通过对室内温度、供热系数等参数进行比较，得出三种模式在北京地区运行的特征和适用性。通过分析可知，毛细管辐射采暖和太阳能辅助热泵采暖两种方式对水箱中热水温度要求不同，因此可以通过模式的选择转换，提高系统太阳能利用率。
　　(3)结合数据分析，对北京区太阳能-空气源热泵辐射采暖系统进行经济环保性分析。通过对比，太阳能-空气源热泵辐射采暖系统可以较长时间应用太阳能，且运行费用较低，相比于传统空气源热泵可节约标煤38.6kg，减少CO2排放96.2kg，减少SO2排放2.9kg。因此在北京地区本系统在经济和环保方面也具有一定的适用性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 毛细管辐射采暖研究现状

1．2．2 太阳能-空气源热泵等多源联合运行采暖系统研究现状

1．3 国内外研究现状总结

1．4 研究内容

第2章 太阳能-空气源热泵辐射采暖系统

2．1．1 北京地区太阳能资源可利用性

2．1．2 实验室冬季负荷

2．1．3 北京市低层办公建筑适用性分析

2．2．1 系统原理

2．2．2 运行工况分析

2．2．3 运行特点

2．3 系统监测评价方案

2．4 本章小结

第3章 太阳能-空气源热泵辐射采暖系统实验台设计

3．1 太阳能集热器的选择

3．1．1 太阳能集热器主要类型

3．1．2 太阳能集热器选型原则

3．1．3 太阳能集热器安装角度

3．1．4 太阳能集热器集热面积

3．2 蓄热水箱的选择

3．3 水泵的选择

3．4 空气源热泵系统的改造

3．4．1 空气源热泵的选择

3．4．2 换热器的选择

3．4．3 电磁阀的选择

3．5 末端毛细管放热系统设计

3．6 监控系统设计

3．7 本章小结

第4章 太阳能-空气源热泵辐射采暖系统的理论分析

4．2 蒸发器及板式换热器换热过程(火用)分析

4．3 末端放热过程(火用)分析

4．4 本章小结

第5章 太阳能-空气源热泵辐射采暖系统实验数据分析

5．1 单一毛细管辐射采暖模式

5．1．1 系统运行原理

5．1．2 数据分析

5．2 单一空气源热泵采暖模式

5．2．1 系统运行原理

5．2．2 数据分析

5．3 单一太阳能辅助热泵采暖模式

5．3．1 系统运行原理

5．3．2 数据分析

5．4 三种采暖模式对比分析

5．5 三种采暖模式特点及适用性分析

5．6 本章小结

第6章 太阳能-空气源热泵辐射采暖系统经济环保分析

6．1．1 设备模块选择

6．1．2 系统控制策略

6．1．3 系统运行时间

6．2 冬季供暖年运行费用计算

6．3 节能环保效益分析

6．3．1 一次能源消耗对比

6．3．2 环保效益对比

6．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间发表的论文和科研成果