河西走廊太陽(yáng)能和CO2空氣源熱泵聯(lián)合采暖系統(tǒng)研究.pdf

1、目前河西走廊地區(qū)采暖方式以燃煤、燃?xì)忮仩t為主，這種采暖方式不僅能耗高而且污染嚴(yán)重，從而節(jié)能、環(huán)保的采暖方式成為該地區(qū)一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。本文從河西走廊地區(qū)的氣候特征和能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)綜合考慮，基于改進(jìn)型生命周期評(píng)價(jià)方法，建立了河西走廊地區(qū)采暖形式全生命周期評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并利用優(yōu)化算法，驗(yàn)證了太陽(yáng)能和CO2空氣源熱泵聯(lián)合采暖系統(tǒng)是可應(yīng)用于該地區(qū)的最優(yōu)采暖形式。采用實(shí)驗(yàn)和仿真計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)太陽(yáng)能和CO2空氣源熱泵聯(lián)合采暖系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)、系統(tǒng)

2、的研究，其研究成果可以為太陽(yáng)能和CO2空氣源熱泵聯(lián)合采暖系統(tǒng)在河西走廊及氣候條件相似地區(qū)的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。
　　本文分別開(kāi)展了太陽(yáng)能集熱采暖系統(tǒng)、CO2空氣源熱泵采暖系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:大流量造成集熱器出口溫度較低，溫差變大，但不同流量的進(jìn)出口平均溫度基本一致。通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，可計(jì)算得出所用集熱器太陽(yáng)能保證率，并線(xiàn)性擬合得到集熱器瞬時(shí)效率公式:η=0.627-0.35T*。CO2空氣源熱泵實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:氣體

3、冷卻器水側(cè)的進(jìn)水溫度、進(jìn)水流量和蒸發(fā)器空氣側(cè)的室外溫度、風(fēng)速是影響該系統(tǒng)COP的主要因素，并進(jìn)一步得到室外溫度在-25℃～-15℃時(shí)，CO2空氣源熱泵COP在2～3之間。
　　基于微元法建立了太陽(yáng)能和CO2空氣源熱泵聯(lián)合采暖系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用TRNSYS軟件建立了仿真計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各模型耦合求解。同時(shí)，對(duì)模擬數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了仿真模型的可靠性。
　　分析了CO2空氣源熱泵中氣體冷卻器、蒸發(fā)器和回?zé)崞髟诘?/p>

4、溫條件下對(duì)機(jī)組性能的影響。氣體冷卻器對(duì)機(jī)組性能的影響為:隨氣體冷卻器進(jìn)水溫度的升高，機(jī)組制熱量不斷下降。另外，氣體冷卻器進(jìn)水流量的增大能夠提高機(jī)組的性能系數(shù)，但同時(shí)也會(huì)減小出水溫度，所以應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求確定進(jìn)水流量。由蒸發(fā)器空氣側(cè)室外溫度和空氣流量對(duì)機(jī)組性能的影響可知，機(jī)組COP隨著室外溫度的下降而下降，而空氣流量的增加提高了機(jī)組COP，但空氣流量的不斷增大，對(duì)COP的影響卻越來(lái)越小。因此，在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)室外溫度較低時(shí)，為了使機(jī)組COP

5、保持在較高水平，可通過(guò)調(diào)節(jié)空氣流量等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究還表明:帶回?zé)崞鞯臋C(jī)組平均COP比無(wú)回?zé)崞魈岣吡?％。
　　本文基于典型晴天、多云天和陰天三種工況對(duì)太陽(yáng)能和CO2空氣源熱泵聯(lián)合采暖系統(tǒng)影響因素進(jìn)行了分析。其結(jié)果表明:三種工況下均呈現(xiàn)出機(jī)組COP隨集熱器面積的增大逐漸增大的趨勢(shì)，并且同一集熱器面積下，機(jī)組COP隨日間太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)逐漸增大。如，當(dāng)集熱器面積為600m2時(shí)，和集熱器面積為0m2相比，CO2空氣源熱泵節(jié)能率提高了24

6、.9％;另外，典型晴天和多云天工況相比，節(jié)能率提高了19.2％。在能耗分析中，根據(jù)能耗分析方法定義了太陽(yáng)能相應(yīng)產(chǎn)電效率ηsegp及集熱器綜合效率，通過(guò)綜合效率對(duì)集熱面積進(jìn)行了優(yōu)化，得出該地區(qū)最佳采暖季太陽(yáng)能保證率27.7％。在此基礎(chǔ)上給出了聯(lián)合采暖系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程時(shí)，集熱面積與CO2空氣源熱泵機(jī)組制熱量之間的關(guān)系式A=kN×Qh/η×I。
　　通過(guò)確定系統(tǒng)的控制目標(biāo)，提出相應(yīng)監(jiān)測(cè)參數(shù)、探討太陽(yáng)能和CO2空氣源熱泵聯(lián)合采暖系統(tǒng)的7