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太阳能驱动溶液除湿空调系统集热/光伏面积优化匹配研究

邱政豪  
【摘要】:我国低纬度极端热湿地区高温高湿强辐射的气候特点导致该地区空调能耗常年处于较高值,而当地极佳的辐射资源为发展太阳能空调提供能源保障,因此,本文提出了一种太阳能溶液除湿空调系统,该系统由太阳能集热器提供溶液再生热量,由光伏板提供整个空调系统所需电量,具有温湿度独立控制,高效节能等优点。然而,该太阳能溶液除湿空调系统的除湿量及制冷量受集热/光伏板铺设面积的影响,在铺设面积充足的条件下,可实现温湿度的最佳控制,那么在铺设面积有限的条件下,如何对集热板和光伏板的铺设面积比例进行优化是保证室内温湿度处于舒适范围内的关键。针对以上问题,本文对太阳能驱动溶液除湿空调系统的空气处理流程及原理进行分析;建立了太阳能集热、光伏发电子系统各个部件数学模型;在不同新风负荷及热湿负荷比例下与常规冷却除湿空调系统的耗冷量和能耗进行对比分析,并对系统的新风除湿和室内末端机组及太阳能光伏板、集热器、蓄电池容量等进行优化匹配;当铺设面积有限时,对不同冷负荷指标及热湿负荷比下的集热器和光伏板面积比例进行优化匹配,并对比分析室内空气设计参数对系统所需屋顶面积的影响;基于室外空气含湿量与太阳能资源等级,选取典型城市,对太阳能驱动溶液除湿空调系统的地域适用性进行分析。以上研究得到如下主要结论:(1)溶液除湿空调系统比常规冷却除湿空调系统节能60%以上;当建筑湿负荷占总负荷30%时,每处理100k W冷负荷需集热器面积约130m2,光伏板面积约171m2,且湿负荷比例越大所需除湿机组和集热器面积越大、室内末端和独立光伏系统规模越小,总体节能效果越明显。(2)集热器与光伏板面积之比为1:1.04~1:2.34时,可满足室内人员舒适需求,且当屋顶铺设面积越小,光伏板面积所占比例越大;室内设计相对湿度对屋顶铺设总面积影响较大,当相对湿度从40%增加到70%时,系统所需集热器面积减少约42.0%,光伏板面积减少约13.6%。(3)在建筑冷指标及热湿负荷比例一定时,随着铺设面积的减少,可供选择的集热器与光伏板面积比范围逐渐降低,同一面积配比情况下所能达到的室内温度越高;当建筑冷指标一定时,随着湿负荷所占比例的增加,集热器与光伏板的比例增大,在同一配比情况下所达到的室内设计温度越低,相对湿度越高;建筑热湿负荷比一定时,随着冷指标的增加,所需总铺设面积成比例增长,集热器和光伏板面积比例保持不变。研究结果为极端热湿地区应用太阳能驱动溶液除湿空调系统提供了依据,对系统的集热器与光伏最佳面积比例的选择提供参考。


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