太阳能辅助水源热泵供暖系统运行策略分析

【摘要】：随着建筑节能的发展,开发和利用新型、高效、清洁的可再生能源势在必行。水源热泵作为一种可再生能源利用技术,具有高效、清洁的特点。然而,我国北方地区冬季的水源温度较低,进而导致热泵机组能效较低。其中一个解决方案为增加辅助热源,提高系统蒸发温度,进而提高系统能效。我国大部分采暖地区的太阳能资源丰富,利用太阳能辅助水源热泵可提高一次能源利用效率,给系统带来一定的节能效益。本文旨在提出一种高效的太阳能短期蓄热与水源热泵的联合供暖系统运行策略。首先,本文在现有非直膨式太阳能辅助水源热泵供暖系统的基础上,提出了一种新型的太阳能辅助水源热泵的供暖系统形式,并对该系统的运行模式进行了分析,给出系统太阳能集热器与蓄热水箱的确定方法。其次,针对该短期蓄热能源联合系统,提出三种系统运行策略,分别为储热时间最短策略和太阳能直供优先策略以及定时供暖策略。分析方法：根据典型年太阳辐射的数据,计算供暖季内日累计最大、最小以及平均太阳辐射强度,并在该跨度范围内,按照等差数列的原则,多个典型日。其中日累计辐射低于平均值的典型日仅讨论储热时间最短策略,高于平均值的典型日则讨论三种运行策略并进行对比,以系统能效COP为目标,比较三种运行策略。经过典型日的分析,选择系统能小较高的运行策略,在供暖季内根据太阳辐射强度进行组合,并与供暖季储热时间最短单一运行策略进行对比,分析系统的能效。再次,在上述分析方法的基础上,利用TRNSYS仿真平台搭建系统建模,基于某一实际工程案例,通过对模型中关键参数的设定,使其符合实际系统。比较太阳能集热、蓄热系统的模拟与实测数据,验证了模型的合理性。分别模拟三种运行策略下典型日系统运行情况,并将典型日中能效较高的运行策略作用在供暖季,进而比较供暖季内单一运行策略与组合运行策略系统性能的大小关系。最后,分析集热器面积、蓄热水箱容积对典型日以及供暖季运行策略的影响,以期给短期蓄热太阳能辅助水源热泵供暖系统在不同的系统配置和天气条件下运行策略提供参考。