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多能互补供能系统实验研究与经济性分析

作　者: 杨国利
导　师: 马洪亭
学　校: 天津大学
专　业: 热能工程
关键词: 多能互补供能系统一次能源利用率经济性分析
分类号: TU83
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

能源短缺与日益恶化的环境污染问题要求人类用技术创新和强烈的责任意识支撑起环境的可持续发展。在暖通空调领域，在满足人类健康、舒适度要求的前提下，优化能源结构，提高能源利用率显得尤为迫切。太阳能热泵与地下水源热泵的联合利用，既能克服太阳能热泵的不稳定性，又可减少地下水的使用量和潜水泵功耗，使两种技术优势互补，具有良好的发展前景。本文针对天津市一单层独立房间，搭建了冬夏两用的太阳能-地下水源复合热泵多能互补供能实验台。实验系统设有专门的自控系统，可以实现两种热源的自动切换，并可使用户根据自身需求调节房间温度。在对冬、夏季工况实验研究的基础上，分析了多能互补供能系统的系统COP、一次能源利用率、环境效益及全年经济性，结果表明：冬季工况下，井水供水温度由9℃上升到16℃的过程中，每升高1℃，热泵机组COP和系统COP分别上升3.43~4.52%和2.22~2.63%；夏季工况下，井水供水温度由18℃上升到26℃的过程中，每升高1℃，热泵机组COP和系统COP分别下降3.38%~5.67%和1.83%~2.34%。相同采暖工况下，太阳能负荷承担率为27%的多能互补供能系统比地下水源热泵单独采暖系统每天节省井水使用量0.051m~3/m~2，节电4.42%。室内温度每升高1℃，供回水温度为80/60℃的散热器系统比低温地板辐射末端系统的单位采暖面积能耗低约49%。对于有老人、小孩居住，且采用可再生清洁能源热泵系统进行采暖的建筑，散热器低温运行系统比低温地板辐末端更有优势。相同采暖工况下，与传统供能系统相比，随着太阳能负荷承担率由0变化到100%，多能互补供能系统的年平均节能率为29%～38%，其一次能源利用率可提高11%~84%，其费用年值由52.45元/m~2增加到98.80元/m~2，而传统供能系统的费用年值为72.40元/m~2。实际应用中应综合分析一次能源利用率、环境效益和费用年值，选择最佳的太阳能集热器面积。太阳能-地下水源热泵多能互补供能系统具有良好的节能性和经济性，本文的研究对地下水源热泵技术、太阳能热泵技术及其两者联合应用技术的模型建立和实际工程应用具有指导意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 地下水源热泵技术的国内外研究现状  9-11
    1.2.2 太阳能热泵技术的国内外研究现状  11-12
    1.2.3 太阳能与地源热泵联合运用技术的国内外研究现状  12-13
  1.3 本课题的来源和主要研究内容  13-14
第二章实验原理介绍与理论分析  14-26
  2.1 地下水源热泵技术  14-16
    2.1.1 地下水源热泵工作原理  14-15
    2.1.2 地下井回灌方式  15
    2.1.3 地下水源热泵技术的特点  15-16
  2.2 太阳能热泵技术  16-18
    2.2.1 太阳能热泵系统工作原理  16-17
    2.2.2 太阳能热泵技术的特点  17-18
  2.3 太阳能与地下水源热泵联合应用技术  18-19
  2.4 热泵机组 COP 和系统 COP 影响因素分析  19-24
    2.4.1 逆卡诺循环的热泵机组 COP 和系统 COP  19-20
    2.4.2 蒸发温度和冷凝温度对热泵机组 COP 的影响规律  20-22
    2.4.3 地下井供水温度及供回水温差对热泵机组蒸发温度的影响规律  22-23
    2.4.4 井水供回水温差变化对地下水源热泵系统能耗量的影响  23-24
  2.5 本章小结  24-26
第三章实验系统设计与实验方法  26-36
  3.1 采暖房间冷、热负荷计算  26-27
  3.2 冬季实验系统设计  27-32
    3.2.1 系统运行模式选择  27
    3.2.2 供暖末端形式的选择及计算  27-28
    3.2.3 太阳能集热系统设计  28-31
    3.2.4 地下水系统设计  31-32
  3.3 夏季实验系统设计  32-34
  3.4 测试装置及测试方法  34
  3.5 实验方法  34-35
    3.5.1 冬季实验方法  34-35
    3.5.2 夏季实验方法  35
  3.6 本章小结  35-36
第四章实验结果与分析  36-49
  4.1 冬季工况实验结果  36-39
    4.1.1 地下水源热泵单独运行性能  36-37
    4.1.2 多能互补供能系统的运行性能  37-39
  4.2 夏季工况实验结果  39-41
  4.3 冬夏季负荷不平衡率分析  41-43
  4.4 采暖末端供热特性分析  43-47
    4.4.1 两种采暖末端形式的房间升温及降温速率对比  43-45
    4.4.2 散热器低温运行设计计算  45-47
  4.5 本章小结  47-49
第五章多能互补供能系统的节能性及经济性分析  49-56
  5.1 一次能源能源利用率（Primary Energy Ratio，PER）及环境效益分析  49-52
    5.1.1 一次能源利用率  49-50
    5.1.2 一次能源消耗量及污染物排放量  50-52
  5.2 经济性分析及评价  52-55
    5.2.1 初投资  52-53
    5.2.2 年运行费用  53
    5.2.3 各方案费用年值（Annual Worth，AW）  53-55
  5.3 本章小结  55-56
第六章结论和建议  56-58
  6.1 主要结论  56-57
  6.2 对本课题主要研究工作的展望  57-58
参考文献  58-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

多能互补供能系统实验研究与经济性分析

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