污水源热泵结合太阳能复合供暖系统优化及运行分析

摘要

我国建筑能耗中的供暖能耗占比较大。随着全球能源危机的加剧，寻找和利用新型、清洁的可再生能源成为可持续发展的重要工作。热泵因具有节能环保的特点受到越来越多的重视，太阳能由于具备取之不尽的特点也成为研究的重要对象。将污水源热泵系统和太阳能相结合构成复合供暖系统，能够提高热泵蒸发温度和热泵工作效率，降低运行耗电量。同时避免单一太阳能供暖需要较大集热面积以及稳定性较差的问题。
　　本文以哈尔滨某污水源热泵项目为研究背景，加入太阳能集热装置构成复合供暖系统，并按照相关的设计规范和手册对太阳能集热系统各设备进行选型和计算。提出该复合系统的基本设计形式，并对复合系统的运行模式和控制策略进行分析;以TRNSYS为平台搭建出污水源热泵结合太阳能供暖系统的仿真模型，并利用原有污水源热泵系统在过去一个供暖季内的逐月能耗数据进行验证，确保利用TRNSYS进行模拟的准确性。
　　选取一个供暖周期的极寒季和过渡季各10天作为典型日进行模拟，分析两种典型日下系统的能耗情况以及太阳能保证率情况。改变蓄热水箱体积，模拟研究系统总能耗和太阳能集热量随蓄热水箱体积变化情况，并选出最佳节能方案。改变复合系统的工艺设计，按照设计太阳能保证率为10％～30％范围内的五种工艺条件对复合系统进行设计，并辅之以相应的蓄热水箱体积变化，模拟得出对应每种工艺条件下的最佳节能方案。
　　在此基础上，分别对以上五种方案进行集热器倾角的优化设计，并对优化结果进行经济性分析，筛选出最优方案以便为污水源热泵系统和太阳能结合的复合供暖系统运行策略的合理制定提供参考。同时还将最优方案和原污水源热泵系统与传统燃煤供暖方式进行了对比，分析得到了其节能率，并进行相关环保性分析。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究意义及背景

1．2污水源热泵技术及其发展

1．2．1污水热能利用

1．2．2污水源热泵

1．2．3污水源热泵研究历史与发展

1．3太阳能利用技术及其发展

1．3．1中国太阳能资源情况

1．3．2太阳能资源利用形式

1．3．3太阳能热泵系统研究现状

1．4污水源热泵结合太阳能系统的提出

1．5本文主要研究内容

第2章污水源热泵结合太阳能供暖系统的设计

2．1建筑负荷的计算

2．2太阳能集热系统

2．2．1太阳能集热器概况

2．2．2太阳能集热面积的确定

2．2．3集热循环工质流量的确定

2．2．4蓄热系统设计

2．3污水源热泵系统

2．4污水源热泵结合太阳能供暖系统

2．4．1复合供暖系统

2．4．2系统控制策略

2．5本章小结

第3章污水源热泵结合太阳能供暖系统仿真模型

3．2．1太阳辐射模型

3．2．2集热器模型

3．2．3蓄热水箱模型

3．2．4水源热泵模型

3．2．5循环水泵模型

3．2．6系统控制模块

3．3 TRNSYS仿真模拟验证

3．3．1项目及设备选用情况

3．3．2 TRNSYS建模

3．4污水源热泵结合太阳能系统的建立

3．5本章小结

第4章污水源热泵结合太阳能供暖系统的模拟分析

4．1两种典型日的模拟运行分析

4．2系统全年运行分析

4．3集热面积与蓄热水箱体积的匹配优化

4．4太阳能集热面积对复合系统的影响

4．5本章小结

第5章系统优化及经济环保性分析

5．1集热器倾角优化

5．2复合供暖系统的经济性分析

5．2．1年运行费用

5．2．2各系统初投资

5．2．3年维护费用

5．2．4经济性比较

5．3系统节能环保效益分析

5．4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢