【摘要】： 近20多年來,太陽能熱泵系統(tǒng)的研究工作在國際上已成為可再生能源利用領(lǐng)域的研究熱點,并且已取得了很大的進步。在我國,有將近70%的地區(qū)需要供暖,而這些地區(qū)絕大部分都以煤為主要燃料,這無疑加劇了化石能源的消耗和對環(huán)境的污染。太陽能熱泵潛熱蓄熱(Solar Assisted Heat Pump with Latent Thermal Energy Storage,簡稱SAHPLTES)供暖系統(tǒng)是一種新型的節(jié)能、環(huán)保系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以太陽能作為主要熱源的熱泵系統(tǒng),是利用太陽熱進行供暖一種非常有效的形式。 本文在總結(jié)了國內(nèi)外太陽能熱泵技術(shù)與潛熱蓄熱技術(shù)的基礎(chǔ)上,將二者有機地結(jié)合在一起,設(shè)計了SAHPLTES供暖系統(tǒng),該系統(tǒng)主要是由太陽能集熱系統(tǒng)、潛熱蓄熱裝置(Latent Thermal Energy Storage Tank,簡稱LTEST)、熱泵機組、供暖末端裝置以及輔助熱源組成。在本文研究中,以CaCl_2·6H_2O作為潛熱蓄熱材料,土壤源熱泵作為輔助熱源。本文以SAHPLTES供暖系統(tǒng)為研究對象,主要從以下幾個方面進行了一些研究: 首先,介紹了系統(tǒng)在不同的供暖階段系統(tǒng)的主要運行模式及運行原理。并利用有限時間熱力學(xué)理論建立了系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性分析模型,并通過優(yōu)化分析,得出了在給定的熱負荷以及氣象參數(shù)條件下,當(dāng)目標函數(shù)(系統(tǒng)運行年限內(nèi)總費用)最優(yōu)時,系統(tǒng)各部分的主要設(shè)計參數(shù),如最佳集熱器面積、最佳集熱器出口溫度等。同時還考察了系統(tǒng)各部分主要性能參數(shù)對系統(tǒng)優(yōu)化特性的影響,在此基礎(chǔ)上,對LTEST的蓄熱容量進行了相應(yīng)的匹配設(shè)計計算。該部分工作可以為整個系統(tǒng)的設(shè)計與性能評價提供理論支持。 其次,建立了系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學(xué)模型,其中著重建立了LTEST內(nèi)部傳熱的數(shù)學(xué)模型,該模型主要由換熱器、水以及PCM數(shù)學(xué)模型聯(lián)立組成,其中PCM采用等溫相變焓法模型,該模型具有無須對PCM分區(qū)建立模型,且不用跟蹤相變邊界的優(yōu)點。并在上述模型基礎(chǔ)上,制定了SAHPLTES供暖系統(tǒng)各部分的開啟/關(guān)閉條件,進而得出了運行模式之間的轉(zhuǎn)換條件,為模擬系統(tǒng)的動態(tài)運行特性奠定基礎(chǔ)。 再次,在所建立的系統(tǒng)數(shù)理模型及模式轉(zhuǎn)換控制條件基礎(chǔ)上,模擬了在哈爾濱地區(qū)整個供暖期內(nèi),當(dāng)供暖設(shè)計負荷為10kW時,SAHPLTES供暖系統(tǒng)動態(tài)運行特性,考察了系統(tǒng)在不同供暖階段的主要運行模式、供暖效果以及系統(tǒng)各部分狀態(tài)參數(shù)的變化。同時改變供暖地區(qū)的地理參數(shù)與氣象參數(shù),模擬預(yù)測了該系統(tǒng)在全國幾個不同緯度典型地區(qū)的供暖效果,通過分析比較得出了該系統(tǒng)應(yīng)用效果比較好的地區(qū)。 另外,在本文的研究中,還對系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù),包括集熱器面積、PCM膠囊的封裝尺寸、LTEST內(nèi)PCM質(zhì)量百分數(shù),對系統(tǒng)在整個供暖期內(nèi)的動態(tài)運行特性的影響進行了研究。通過研究發(fā)現(xiàn),在哈爾濱地區(qū)對應(yīng)10kW建筑設(shè)計熱負荷來說,SAHPLTES供暖系統(tǒng)集熱器面積選取在60m2左右是比較合理的,LTEST內(nèi)PCM質(zhì)量百分數(shù)宜選取在70%。 最后,為了考察SAHPLTES供暖系統(tǒng)的運行特性,同時驗證本文所建數(shù)學(xué)模型的正確性,建立了SAHPLTES供暖實驗系統(tǒng),并在2007年11月15日至2008年3月31日選擇典型天氣進行實驗,并在相同的條件下,應(yīng)用本文所建立的數(shù)學(xué)模型進行模擬,通過比較發(fā)現(xiàn)實驗和模擬結(jié)果吻合較好,驗證了本文建立數(shù)學(xué)模型的正確性和可靠性。 SAHPLTES供暖系統(tǒng)是一種新型的供暖系統(tǒng),由于經(jīng)濟性等原因,目前該系統(tǒng)在實際中還不可能得到廣泛的應(yīng)用,但是隨著常規(guī)能源的日益枯竭、能源價格的逐漸上漲、環(huán)保壓力的不斷增加,同時還由于太陽能供暖、空調(diào)技術(shù)的不斷完善,集熱器價格的下降,SAHPLTES供暖系統(tǒng)將成為一種非常有競爭力的供暖方式。本文的工作可以為今后SAHPLTES供暖系統(tǒng)的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
【圖文】：

圖 1-1 我國太陽能資源分布圖Fig.1-1 The distribution of solar energy in China具有許多突出的優(yōu)點：其一，由于太陽能熱泵是利用太陽能集陽熱作為熱泵的低位熱源，系統(tǒng)主要的能量來自太陽能，因此源的消耗，降低了由于燃煤、發(fā)電所排放的污染物（如 CO、NOx以及塵埃等）對環(huán)境的污染。其二，由于太陽能熱泵的低熱器出來的載熱流體，載熱流體溫度較高，相對于空氣源熱泵氣候下不存在結(jié)霜與融霜的問題。因此，不僅提高了系統(tǒng)的運同時也增強了系統(tǒng)供暖效果的可靠性。其三，由于太陽能是一用之不竭的天然能源，不存在能源枯竭的問題，因此，可以無去。所以，太陽能熱泵作為一種新型的節(jié)能環(huán)保的供暖方式，展前景。于太陽能是稀薄的能源，投射到地球表面的能流密度很低，白很大，同時還受陰晴云雨等隨機因素的影響。系統(tǒng)所需的熱量所得到的太陽能相矛盾：天氣晴朗時，室外溫度較高，太陽輻此時熱負荷相對來說較小。而在晚上或出現(xiàn)陰雨天氣時，室外熱器收集的熱量很少甚至為零，而此時卻是供熱量較大的時候

第 3 章 SAHPWLTES 供暖系統(tǒng)數(shù)理模型的建立與求解點是兩個邊界面的交界、角節(jié)點是三個邊界面的交界，只需將相應(yīng)的點方程中做相應(yīng)的修改即可。對于絕熱邊界條件只需令 hpcm=0 即可得應(yīng)的形式。式(3-42)中含有三個離散變量 h、Tpcm、fl，由式(3-29)和式(3-30)可知者并不是獨立的，如圖 3-4 所示，在不同的 PCM 狀態(tài)，h、Tpcm、fl之著不同的對應(yīng)關(guān)系，相應(yīng)的控制方程的具體形式也不盡相同，對 PCM及狀態(tài)轉(zhuǎn)變的判斷，，主要是通過在計算步長前后 Tpcm、fl的值來確定。以內(nèi)節(jié)點為例進行一下具體討論：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TK513.5

【引證文獻】

相關(guān)會議論文 前1條

1 汪璽;袁艷平;鄧志輝;張文婷;王怡佳;;熱水/電能一體化相變蓄熱水箱的設(shè)計[A];第十四屆西南地區(qū)暖通空調(diào)熱能動力學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王瀟;季節(jié)性蓄熱太陽能—土壤耦合熱泵系統(tǒng)運行特性及優(yōu)化[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 陳娜;嚴寒地區(qū)太陽能-土壤源熱泵供暖系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的優(yōu)化[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 孫海龍;嚴寒地區(qū)空氣熱源土壤蓄熱熱泵供暖系統(tǒng)可行性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

3 王麗煥;空氣型太陽能熱泵供冷供熱裝置的研究[D];天津科技大學(xué);2010年

本文編號：2677911