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太阳能和中水源热泵复合利用系统的研究

江明志  
【摘要】:本文中所用供暖系统针对中水源热泵技术和太阳能热水采暖技术进行联合优化利用,改善了传统太阳能利用技术和热泵技术单独使用时的诸多弊端。通过采用太阳能热水采暖系统和中水源热泵系统的联合运行技术、高效相变蓄热技术、科学的运行流程、各设备的连续自动控制等关键技术,实现了太阳能热水采暖系统的高效运行、中水源热泵机组的高效运行、能量的储存和延迟。中水源热泵机组和太阳能热水采暖系统的联合运行系统相比单独使用中水源热泵机组降低了中水源热泵机组的初投资和运行费用,并提高了热泵机组的IPLV和寿命;相比单独使用太阳能热水采暖系统减少了太阳能集热器、电加热装置和储热装置的初投资,并提高了太阳能热水采暖系统的集热效率也降低了流体输送过程的热损失率,同时提高了系统的的供热可靠性;整套系统各设备自动控制的加入可以使各设备达到最佳的性能系数并延长了设备的寿命也大大简化了系统的操作难度;相变储热单元的加入使整套系统的用电量由全天无规则分布向基本集中于低谷电价时间段内转移,使系统达到了最佳的运行效果和经济性。当本套系统在不同的运行工况条件下,针对中水源热泵机组的IPLV及能耗、太阳能热水采暖系统的热损失率、系统总能耗、相变储热单元表面热流密度和中心处的温度、高温相变储热水箱内水温等物理参数进行了理论分析、模拟分析、实测分析等研究。阐述了不同种联合运行模式下各设备的性能参数及系统总能耗的变化规律,分析并总结了不同联合运行模式的优势、劣势以及适用条件;证明了相变储热单元的加入可以很好的对系统的能量进行储存、转移和延迟,使系统的用能分布由均匀分布向基本集中于夜间低谷电期间转移,获得了很好的运行经济性;得到了不同种运行工况下高温相变储热水箱内水温、相变储热单元内部温度、相变储热单元表面热流密度以及时间等参数的变化规律,同时也得到了相变储热单元和水在不同的体积比例和不同的水箱进水温度下相变储热单元的相变持续时间的变化规律,为相变储热水箱系统中相变储热单元用量选取、水箱体积的选取、封装容器的选取、相变储热单元的布置形式、中水源热泵机组的选型和出水温度的设定等设计和研究工作提供了重要的理论参考;给出了一套属于太阳能和中水源热泵复合利用系统的运行维护与管理指南以及全自动控制系统,使系统的性能发挥到极致,延长系统的寿命,并节能了人力资源的投入。本文的研究为可再生能源综合利用领域提供了重要的理论与实践参考,向最终实现多种可再生能源形式的灵活综合利用、用能形式由完全使用一次不可再生能源向完全使用可再生能源的最终目标不断迈进。


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