非直膨式太阳能水源热泵制热系统运行特性研究

【摘要】：随着两型社会的快速发展和绿色建筑的进一步推进，研发利用新型可再生能源技术充分体现了国家可持续发展战略的重点内容。基于该领域的研究现状，本文就湖南省太阳能技术建筑应用状况与地源热泵技术建筑应用状况进行了介绍，指出太阳能的利用与地源热泵技术的利用已成为我省新能源利用的主要方向。虽然两种技术各有优点，但是也存在各自的缺点如：太阳能应用还主要停留在提供生活热水方面；地源热泵受当地资源、政策条件限制通用性不强等。通过研究直膨式与非直膨式太阳能热泵技术，本文研发了一种新型非直膨式太阳能水源热泵系统。 该系统融合了太阳能技术以及地源热泵技术的优点，具有4种运行模式可以在充分利用可再生能源的基础上满足供暖、生活热水与制冷要求。本文根据我校人工环境实验室已有设备，在湖南省住房和城乡建设厅科技计划项目（KY201005）支持下，构建了一套综合实验台，提出了实验方案，明确了实验步骤及方法。 实验围绕太阳能集热系统逐时能效比、不同热源温度下机组制热能效比、串、并联模式逐时制热能效比展开研究，进一步分析了各主要因素对其的影响，指出该系统不同运行方式的适用范围。通过实验得出如下结论： 1．冬季晴天太阳能总辐射量在0.09MJ/m2以上时能够提供35~40℃热源水。 2．机组COP和系统COP在蒸发器入口温度升高到35℃～40℃时达到峰值。 3．并联模式水温较为稳定，系统COP在2.6-3.8之间，晴天时较阴雨天逐时制热能效比提高约41%左右。 4．串联模式晴天的逐时效率较阴天高46%左右，最高达到4.6，而阴天集中在3.3左右，逐时制热能效比较大值出现在热水箱温度为14~21℃之间。 实验结果表明该系统在冬季制热时节能效果明显，制热能效比最高可达到4.6，串联模式在晴天与阴天的制热能效比均优于并联模式，具有较高的推广价值。受实验条件所限，本文只针对长沙地区2012-2013年冬季进行了实验研究，目的在于为湖南省可再生能源建筑应用做好技术储备和技术支撑。 【关键词】：太阳能 水源热泵 运行特性 实验研究
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU832.17
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-14
• 1.1.1 湖南省气候概况12
• 1.1.2 湖南省能源概况12-14
• 1.1.3 研究意义14
• 1.2 国内外研究发展概况14-16
• 1.2.1 国外太阳能水源热泵研究现状15-16
• 1.2.2 国内太阳能水源热泵研究现状16
• 1.3 研究内容16
• 1.4 本文创新点16-17
• 第二章 太阳能水源热泵系统耦合运行方式研究17-35
• 2.1 太阳能技术建筑应用概况17-20
• 2.1.1 太阳能热水系统17-18
• 2.1.2 太阳能制冷系统18
• 2.1.3 太阳能光伏系统18
• 2.1.4 其他应用技术18-19
• 2.1.5 湖南省适宜的太阳能建筑应用技术19-20
• 2.2 地源热泵技术建筑应用概况20-29
• 2.2.1 土壤源热泵系统21-22
• 2.2.2 地下水源热泵系统22-25
• 2.2.3 地表水源热泵系统25-28
• 2.2.4 污水源热泵系统28-29
• 2.3 直膨式太阳能热泵系统29-30
• 2.4 非直膨式太阳能热泵系统30-32
• 2.5 非直膨式太阳能水源热泵系统32-34
• 2.5.1 非直膨式太阳能水源热泵系统构成32-33
• 2.5.2 非直膨式太阳能水源热泵系统运行方式33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 非直膨式太阳能水源热泵实验方案与实验设备35-49
• 3.1 非直膨式太阳能水源热泵实验方案35-38
• 3.1.1 太阳能集热器冬季集热能力实验方案35-36
• 3.1.2 水源热泵冬季供热实验方案36
• 3.1.3 并联式太阳能水源热泵冬季供热实验方案36-37
• 3.1.4 串联式太阳能水源热泵冬季供热实验方案37-38
• 3.2 非直膨式太阳能水源热泵综合实验台的构建38-48
• 3.2.1 综合实验台室内部分39-44
• 3.2.2 太阳能集热室外部分44-46
• 3.2.3 太阳能总辐射记录系统46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第四章 实验结果分析49-81
• 4.1 太阳能集热系统集热能效比的比较49-62
• 4.1.1 环境因素对太阳能集热系统集热能效比的影响49-56
• 4.1.2 不同运行方式对太阳能集热系统集热能效比的影响56-62
• 4.2 不同热源温度机组 COP 的比较62-70
• 4.2.1 蒸发器入口温度对机组 COP 的影响62-64
• 4.2.2 冷凝器入口温度对机组 COP 的影响64-66
• 4.2.3 蒸发器出口温度对机组 COP 的影响66-68
• 4.2.4 冷凝器出口温度对机组 COP 的影响68-70
• 4.3 非直膨式太阳能水源热泵系统串、并联模式逐时制热能效比的比较70-79
• 4.3.1 并联模式逐时制热能效比70-75
• 4.3.2 串联模式逐时制热能效比75-79
• 4.4 实验数据误差分析79
• 4.5 本章小结79-81
• 第五章 结论与展望81-85
• 5.1 结论81-83
• 5.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 附录91-92

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