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《天津大学》 2010年
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SCPC集热器及其太阳能热泵热水系统研究

穆振英  
【摘要】:蛇形管复合抛物面聚光(Serpentine Compound Parabolic Concentrator,简称SCPC)集热器是结合普通复合抛物面聚光(Compound Parabolic Concentrator,简称CPC)集热器和平板式集热器的优点而设计开发的一种新型集热器,将SCPC集热器与改进的混合式太阳能热泵热水系统结合又设计了一种新的能量利用系统——SCPC- SAHPWH系统(SCPC- Solar Assisted Heat Pump Water Heater System,简称SCPC- SAHPWH系统),本文对上述两种系统进行了深入的理论和实验研究,并探讨了新型辅助热源、新型空调末端和新风方式在SCPC- SAHPWH系统中的应用,主要研究内容如下: (1)提出了一种新型的SCPC集热器,阐明了该集热器的设计方法和结构特点。全面考虑了太阳直射、散射和地面反射的影响,以集热单元上的某一微元体为研究对象,依据能量平衡原理建立微元体非稳态传热模型。研究了气象参数、系统运行参数和SCPC集热器结构对其性能的影响,确定了集热器性能的主要影响因素。对集热器进行了结构优化,得到了计算条件下横管布置排数和聚光比的优化结果。 (2)依据理论研究的优化结果,设计了SCPC集热器实验样机,搭建了实验系统,依据国家有关集热器测试标准设计了实验内容,并分别对集热器无盖板和有盖板两种情况进行了实验研究。实验结果表明,SCPC集热器具有较高的集热效率,盖板对集热器的集热能力具有较好的改善作用,加装盖板之后,集热器的集热效率得到显著提高。 (3)将具有较高集热效率的SCPC集热器与改进的混合式太阳能热泵热水系统相结合,设计了一种新型的SCPC- SAHPWH系统。建立了SCPC- SAHPWH系统并联工作模式和串联工作模式的非稳态数学模型,确定了串、并联工作模式的转换原则和并联向单独太阳能供热的转换原则,计算了太阳能保证率。首次引入柴油机和汽油机驱动的热泵作为SCPC- SAHPWH系统的辅助热源,扩大了SCPC- SAHPWH系统的应用范围。首次采用寿命周期费用模型分析SCPC- SAHPWH系统辅助热源的经济性。 (4)提出以置换通风作为SCPC-SAHPWH系统的室内空调送风方式,以可逆通风系统作为新风送风方式的两个节能新思路。建立了置换通风系统数值模拟的数学模型,模拟分析了置换通风的流态特性;将自有专利技术可逆新风系统与SCPC-SAHPWH系统结合,论证了可逆新风系统的节能情况和设计方法。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU831.6

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