太阳能—水源热泵辅助供暖系统的研究

【摘要】：为节能环保及充分利用沈阳地区的太阳能资源和较为丰富的地下水资源,本文设计一种太阳能—中低温水源热泵辅助供暖系统,此系统主要由平板型太阳能集热器、混合式蓄热水箱和水源热泵组成。 本文以沈阳地区一栋三层综合楼为研究模型,利用DEST软件进行全年动态负荷计算,得到全年逐时负荷变化规律,确定了系统的设计负荷。假定在标准天稳定运行期太阳能满足供暖需求的情况下,对系统中蓄热水箱、太阳能平板集热器以及热泵机组等主要设备进行设计计算,集热器的最佳倾角为51.8ο,太阳能平板集热器的面积为142 m2,蓄热水箱容积为10m3。 本文利用Matlab中的simulink模块建立了系统的仿真模型,并分别按供暖期标准天和极冷天对系统进行模拟运行分析,据此确定太阳能供暖系统和地下水源热泵系统运行时间和运行工况的匹配。平板型太阳能集热器使用温度开关控制集热器水泵的运行,以及控制集热器的上水放水,使用0℃温差差动开关方式结合集热器集热温度上限控制集热器的循环运行;蓄热水箱在蓄热水温为10～50℃之间工作,当水温低于10℃时,抽取地下水通过水源热泵供暖;水源热泵采用蓄热水箱中贮存热量与建筑热负荷之差结合蓄热水温是否高于供暖末端最低运行水温的方式,控制水源热泵的启停,且其进水耐热温度要高于40℃。 本文对太阳能—水源热泵辅助供暖系统、燃煤锅炉供热系统、燃油锅炉供热系统、电加热锅炉供热系统四种系统在日最大供热功率为0.7MW的情况下进行了经济分析。经计算,与燃油锅炉相比,太阳能热泵供热系统运行11个月后,由运行节省的费用可抵消初期投资多花的费用;与电加热锅炉相比,太阳能热泵供热系统运行12个月后,由运行节省的费用可抵消初期投资多花的费用;与燃煤锅炉相比,太阳能热泵供热系统运行15年后,多出总费用64万,差距不大。太阳能热泵系统受能源价格影响较小且具有无污染的优点,所以太阳能热泵相比燃煤、燃油锅炉是环保、安全、经济的供热系统。