太阳能光伏光热耦合热泵供热系统动态模拟与性能研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:CIA007
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科技的快速发展与革新推动了整个社会前进的步伐,但也无法躲避地带来了日益严重的能源快速消耗和环境污染难题。要解决目前我们所面临的能源与环境之间的难题,就需要选择“开源”和“节流”的应对方法。太阳能、地热能等能源具有开发潜力巨大、对周围环境的影响小、可持续供应等优势,热泵又是具备节能和高效的环境友好型设备,因此将二者有机结合的太阳能、地热能复合热泵技术得到越来越多国家政府和科研机构、学者的关注。同时充分考虑到北方地区清洁供暖的应用场景,本文提出了一种太阳能光伏光热耦合地源热泵机组的供热系统,在构建仿真模型的基础上在对系统进行了动态模拟,并且对其运行性能进行了分析。首先,基于系统原理对本文所提出的系统进行了初步设计,在分析现有PV/T集热器和热泵机组类型的基础上,光热/光电转换装置选定为水冷型平板式PV/T集热器,并且配备有玻璃盖板。地埋管换热器放置于地下浅层土壤中,当供暖季到来时地热能可以充当地源热泵机组的地位热源。系统可以在全年运行工作,并且将系统的运行模式与控制策略设定为为在非供暖季通过PV/T集热器输出电能,同时在地下浅层的土壤中把PV/T集热器捕获到的热能储蓄起来;在供暖季,地下土壤中的地热能作为地源热泵机组的低温热源,通过热泵机组内工质循环,向建筑对象提供热量并且满足其热负荷。其次,利用TRNYSY软件对本文所设计的系统进行动态仿真。通过选调气象数据和系统中所需的各个设备对应的标准模块搭建好整个系统,还建立了系统中主要部件的数学模型。再次,设定为了北京市某高校校园内建筑作为供热对象,依据其各围护结构和主要功能房间设定相应的热原始数据,并调取建筑对象所在地区的典型年气象数据,利用DeST软件对其进行了建模与仿真工作。不但获得了建筑对象的全年逐时冷热负荷数据,而且还得到了其分布特点。最后,将生成的建筑对象热负荷数据导入已建立的太阳能光伏光热耦合地源热泵供热系统中,通过在TRNSYS中模拟运行一年获得动态模拟结果。在建立对太阳能复合热泵系统的评级指标的基础上,从全年、供暖季典型工况日、非供暖季典型工况日三个不同的角度对系统的运行性能进行分析。考虑到系统在实际工程中可以替代传统的燃煤供暖方式,还从节能性、环保性与经济性对本文所设计的供热系统的效益进行了分析。综上计算与分析,得到结论即本文所设计的系统可以在满足建筑对象热负荷需求的基础上,兼具电能输出,同时可以将PV/T集热器收集的热量以地热能的形式储存在浅层地下土壤中,改善土壤的热失衡问题。考虑到北方地区在冬季采暖的实际应用场景,本文所设计的系统在实际中具有可观的工程价值。
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