太阳能光伏—环路热管热泵供热系统性能研究

摘要

本文将太阳能光伏光热综合利用技术与环路热管、太阳能和空气源双热源热泵技术相结合，构建了一种新型太阳能光伏—环路热管热泵供热系统。该系统利用了环路热管布置灵活、高效传热和防冻等特性，结合太阳能—空气双热源热泵热水器系统的稳定性及较宽的环境温度适应性，以太阳能光伏—环路热管技术为基础，将热泵技术和太阳能光伏环路热管技术有效结合。
　　本文针对所研究系统，分别建立了太阳能光伏—环路热管运行模式的精细数学模型及双热源热泵运行模式的经验模型，并利用Visual Basic6.0编制了太阳能光伏—环路热管系统的模拟仿真程序。基于所建模型，模拟分析了三种典型气象年（TRNSYS、DEST、中国建筑热环境分析专用气象数据集）数据对系统运行性能的影响之后。基于TRNSYS典型气象年数据，模拟分析了太阳能集热器安装倾角、热管间距、光伏覆盖率等结构参数对太阳能光伏环路热管运行模式运行性能的影响；同时，模拟比较了制冷剂类型、太阳辐射、空气温度、冷却水初始温度等运行参数对该模式热电性能的影响。并基于太阳能光伏—环路热管和双热源热泵模式联合运行的控制方式，以满足住宅用户45℃热水需求为目标，模拟分析了系统全年运行性能及能耗的变化规律。最后，搭建了太阳能光伏—环路热管运行模式的室外测试实验平台，对其冬季工况进行了测试。
　　结果表明，应用TRNSYS典型气象年的模拟结果与实测气象参数的结果更接近。在北京地区集热器安装倾角应根据季节一年调整两次；从经济性的角度考虑，应尽可能缩小热管间距；光伏覆盖率越低，系统的光热性能越好，但发电量有所降低；选用传热系数较大的循环工质有利于提高系统的换热性能。系统发电量可供热泵模式耗电量的23.41％，太阳能光伏—环路热管模式全年平均供热百分比约为54.4%，系统双热源热泵模式全年平均COP可达4.3，明显高于空气源热泵在该地区的性能。通过比较实验数据与模拟结果，发现两者吻合较好，从而验证了所建模型及模拟程序的准确性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 太阳能光伏—环路热管热泵供热系统数学模型

2.1 系统简介

2.2 太阳能光伏—环路热管运行模式数学模型

2.3 双热源热泵运行模式数学模型

2.4 本章小结

第3章 太阳能光伏-环路热管热泵供热系统性能模拟

3.1 典型年气象参数的选择

3.2 结构参数对太阳能光伏—环路热管运行模式性能的影响

3.3 运行参数对太阳能光伏—环路热管运行模式性能的影响

3.4 太阳能光伏—环路热管热泵供热系统性能模拟

3.5 本章小结

第4章 太阳能光伏—环路热管实验研究

4.1 实验系统介绍

4.2 实验数据处理及结果分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢