基于能量优化配置的空气能辅助太阳能热水系统的研究

摘要

在能源问题变得严峻的形势下，如何利用新能源特别是可再生能源、努力提高再生能源的利用率是解决能源问题的有效途径。太阳能是一种理想的可替代化石能源的可再生能源，可以说是用之不尽、取之不竭的能源。而且太阳能是一种清洁能源，不会对环境造成污染。
　　太阳能热水系统利用太阳能生产热水消耗电能非常少，但是太阳能热水系统受气候的影响较大，无法实现全天候生产热水。空气能热泵可以全天候吸收环境空气中的热能生产热水，但是相对太阳能来说消耗电能较多。所以，考虑将这两者结合起来，组成空气能辅助太阳能热水系统，互相弥补对方的缺点，充分发挥各自的优点，从而建成一个全天候可产生热水的系统。
　　本文从有关太阳能热水器和空气能热泵的知识点出发，研究空气能辅助太阳能热水系统的相关理论。分析对田东县某单位的一个员工澡堂的燃煤锅炉热水系统进行改造设计，拟利用可编程序控制器(PLC)对系统进行智能控制，利用组态监视软件对系统进行监视控制，实现能量优化利用的目的。通过分析田东县的气候条件，根据该单位员工澡堂的用水规律，对设备进行计算选型，总结出空气能热泵辅助太阳能热水系统的工作模式。设计出热水系统的控制流程图和组态监控工程。
　　最后，对空气能热泵辅助太阳能热水系统的投资运行费用进行分析，与其他几种常规热水系统在节能、经济和环保三个方面的效益进行了对比分析。虽然空气能辅助太阳能热水系统在初投资方面需要较大的投入，但长期运行下来它是经济、环保、能耗较低的系统。从着力解决能源问题方面来说，是一种值得推广的系统。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究意义与目的

1．4 本课题研究的内容

第二章 空气源作为太阳能的辅助热源的热水系统基本理论

2．1 太阳能及太阳能热水系统

2．1．1 太阳能的知识

2．1．2 太阳能热水系统的结构

2．1．3 太阳能热水系统的循环方式

2．2 空气源热泵热水系统理论研究

2．2．1 空气源热泵热水系统的结构

2．2．2 空气源热泵热水系统的工作原理

2．3 空气源热泵辅助太阳能热水系统

2．3．1 系统原理

2．3．2 系统运行方式

2．3．3 系统控制方式

第三章 空气源热泵辅助太阳能热水系统设计

3．1 工程的大概情况

3．2 太阳能热水系统的设计

3．2．1 热水系统负荷计算

3．2．2 太阳能集热器的选择

3．2．3 太阳能集热循环泵设计

3．2．4 太阳能集热系统管路设计

3．2．5 制热水箱的选择

3．3 空气源热泵系统的设计

3．3．1 空气源热泵热水机组的制热量计算

3．3．2 空气源热泵热水机组的选型配比及工作时间

3．3．3 空气源热泵系统循环水泵设计

3．3．4 空气源热泵系统循环管路设计

第四章 系统的控制系统的研究

4．1 可编程序控制器(PLC)

4．1．1 PLC结构

4．1．2 系统PLC的选型

4．2 变频恒压供水

4．2．1 变频恒压供水的原理

4．2．2 PLC变频调速恒压供水系统的构成

4．2．3 变频器恒压供水系统的控制原理

4．3 热水系统的软件设计

4．3．1 热水系统结构控制原理

4．3．2 控制流程圈

4．4 组态设计

4．4．1 组态的定义

4．4．2 组态的发展和主要产品

4．4．3 热水系统的组态设计

第五章 系统能量优化运行模式研究和效益分析

5．1 太阳能集热器总面积

5．2 集热器安装倾斜角

5．3 水箱数量和体积

5．4 系统的设计投入

5．5 系统运行费用分析

5．6 系统的经济效益

5．7 节能环保分析

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

附录