基于TRNSYS的空气源热泵辅助太阳能热水系统优化研究

为实现空气源热泵辅助太阳能热水系统中关键参数的优化匹配,基于TRNSYS动态模拟平台建立完整的空气源热泵辅助太阳能热水系统模型。以系统生命周期成本为目标函数,以集热器面积、集热器倾角、水箱容积及热泵功率为优化变量,借助GENOPT软件调用Hooke-Jeeves算法对系统各变量进行同步优化,并对各优化变量进行敏感性分析。以西昌市某学生宿舍的空气源热泵辅助太阳能热水系统为研究对象进行优化。研究结果表明,优化后的COPsys普遍提高,系统性能得到明显改善,系统全年运行费用缩减,全年节电率高达9.11%。并在此基础上提出关键参数的推荐匹配原则:单位集热面积水箱容积为70 L/m~2,单位集热面积热泵功率为60 W/m~2,最佳集热器倾角为φ-6°(φ为当地纬度)。对空气源热泵辅助太阳能热水系统进行设计时,可依据以上匹配原则对热泵功率、集热器面积、水箱容积、集热器倾角按照先后顺序进行优化。研究结果可为空气源热泵辅助太阳能热水系统的优化设计提供理论依据。     

太阳能热水系统集热器面积与倾角的组合优化

集热器面积与倾角是太阳能热水工程设计中的重要参数。综合考虑气候、用水方式、太阳辐射和热水负荷的季节性等因素,建立完整的组合优化计算模型,在合理年太阳能保证率的前提下确定集热器面积,以年辅热量最小的原则确定与集热器面积相配的倾角,并以3个城市为例进行计算。结果表明,当太阳辐射与热水负荷变化趋势相反,最佳倾角随集热器面积增加而增大;当太阳辐射与热水负荷变化趋势相同,最佳倾角随集热器面积增加基本不变。     

基于交互正交试验的热水系统太阳能保证率影响因素研究

为研究太阳能热水系统(SHWS)关键参数及其交互作用对系统性能的影响程度,建立完整的太阳能热水系统模型,采用正交试验法,以太阳能保证率为目标参数,选取集热倾角、集热面积、水箱容积和循环流量为影响因素,通过极差分析和方差分析研究各因素及其交互作用对太阳能保证率的影响程度。研究结果表明,在实际太阳能热水系统设计与优化时,应着重考虑所选4个关键参数和水箱容积与循环流量的交互作用,可以不考虑集热面积与水箱容积的交互作用。可为太阳能热水系统的优化设计提供依据。     

太阳能热水系统与燃气壁挂炉联合供暖的探讨

举例对太阳能热水系统与燃气壁挂炉联合采暖进行了系统分析,并对系统中集热器面积进行计算,叙述了集热器安装事项,蓄热水箱选择,运行控制、防冻控制、安全控制等问题。     

高校学生宿舍楼太阳能集热器最佳倾角的确定

以上海地区一栋高校学生宿舍楼的太阳能热水系统的实测热水用量为依据,分析了其热负荷变化规律。采用一年内逐月求和的辅助热量为目标函数,通过编制程序计算了集热器的最佳倾角。计算表明,最佳倾角与集热器的面积或太阳能保证率有关。在规范规定的30%～80%范围内,若太阳能保证率取低端和高端值,最佳倾角为36°;若太阳能保证率取中端值,最佳倾角为40°～41°。     

太阳能-空气源热泵热水系统多水箱设计方案的优化与能效分析

该文针对高校宿舍热水系统，为提高其经济效益与减排效果提出加入夜间蓄热水箱和热泵机组缓冲水箱的两种多水箱太阳能-空气源热泵热水系统，分别设计优化运行策略。选取水箱体积、集热器面积、倾角以及热泵功率等参数为优化变量，并确定生命周期成本年值与全年运行碳排放量为目标函数，通过对单水箱、双水箱和三水箱热水系统在逐月电耗、电费、太阳能保证率以及平均系统COP等方面的研究与分析，发现三水箱热水系统比传统单水箱全年能节省电耗约3.86%，省电费22.35%，太阳能保证率提高33.32%，平均系统COP提高45.70%，生命周期成本年值降低5.07%，碳排放量减少3.72%，效率提升4.65%。     

基于正交试验的间接式太阳能热水系统运行参数优化分析

太阳能热水系统相较于传统的热水系统更加节能环保，因而得到大规模的应用。本文就间接式太阳能热水系统中的温差控制条件、水箱容积和水箱内辅助加热器停止加热条件作为变量进行模拟分析，来探究总结不同条件对于系统能效的影响。本文采用TRNSYS软件建立间接式太阳能热水系统模型，经过对多组数据对比分析发现，温差控制器设置上限温度为5℃,下限温度为1℃时，能获得较高的水箱温度，并且几乎对系统能效没有影响；当改变水箱容积和辅助加热器停止加热温度时，系统能效和水箱温度成反比，通过设计正交试验，得出水箱容积2 m³、辅助加热器停止温度42℃为能够满足用户需求的最佳组合。针对间接式太阳能热水系统的优化，对于大型工程的资源节约和成本降低是十分必要的。     

太阳能集热系统过热影响因素分析

通过分析太阳能供热系统集热、蓄热和用热各个子系统的动态热量热平衡关系,建立太阳能集热系统热量传递数学模型,并结合集热系统内部流体过热汽化原理,提出集热系统过热度评价指标,并对集热系统在不同流量、水箱容积以及不同连接方式等条件下的过热程度进行分析计算。结果表明,集热系统过热度随热媒流量、集热器倾角和水箱容积取值的增大而减小,并通过对上述3种因素进行敏感性分析得到集热器倾角对系统过热度的影响最大。     

基于TRNSYS的太阳能光热系统数值模拟和优化

文中利用TRNSYS模拟软件建立太阳能光热系统模型,并在理论计算和实测数据验证该模型的基础上,模拟了气象条件、集热器安装角度、集热器面积和水箱容积等因素的变化对水箱平均温度和集热系统效率的影响;设计正交实验,给出了集热器面积与水箱容积的最佳组合,在理论分析与实验模拟的基础上,提出了太阳能光热系统的优化。     

太阳能空调综合系统在住宅小区应用的可行性探讨

经济性是制约太阳能空调普及推广应用的难题。文中介绍了一种太阳能空调和热水站综合系统方案，即在居民住宅楼的屋顶布置太阳能集热器阵，结合地源水低温热源系统，建设全年供应全体住户生活热水的太阳能热水站，以及夏季和冬季供应顶一、二层住户空调冷、热水的综合系统．提出了一种双效与单效耦合的板壳式溴化锂吸收式制冷机循环方案，白天日照时段采用双效循环运行并进行蓄热，而在其余时段切换为单效循环利用蓄热运行。该方案不仅效率高、而且其单位体积蓄能罐的蓄能密度极大，可实现无需用辅助能源而完全靠太阳能进行昼夜空调。由于综合利用系统中集热器的投资费用被所有热水用户分摊，空调用户的投资可很快从节省的电费中得到回收。     

太阳能辅助CO2热泵供热系统的试验与优化研究

提出一种用于住宅采暖和全年提供生活热水的太阳能辅助CO2热泵供热系统,并将该系统运用于上海地区一座90 m2的示范住宅。其中,真空管集热器阵列的面积为40 m2,CO2热泵压缩机的额定功率为2 k W。通过冬季试验对系统进行性能测试。并在此基础上,运用TRNSYS软件建立系统模型,对包括蓄热水箱容积和工作水箱容积等系统的结构参数进行优化分析。结果表明:在环境温度为4.8℃、机组进出口水温37.9℃和48.6℃的实验工况下,CO2热泵机组的COP可达2.63,CO2热泵单独供热模式的系统性能系数COPS可达2.24;在该文实验工况下,太阳能采暖模式的系统性能系数COPS为14.53;当蓄热水箱和工作水箱的容积分别为0.9 m3和0.7 m3时,系统在整个采暖季的耗电量最小且太阳能的保证率达到65.7%。     

太阳能地面采暖系统蓄热水箱容积分析

通过分析太阳能采暖系统所需蓄热鼍与建筑热负荷、太阳能集热量日变化规律之间的关系,得出太阳能采暖系统所需蓄热水箱容积的理论算式.根据拉萨、银川、西宁、西安等地的太阳辐射强度及建筑热负荷的日变化规律,模拟得出系统所需蓄热量变化规律;并对各种蓄热温差下对应的蓄热水箱容积进行了模拟分析,结果表明:太阳能采暖系统所需蓄热量随太阳集热器的集热量与建筑热负荷之间的差值增大而增加;蓄热水箱容积随蓄热温差增大而减小,当蓄热水温达到80℃时,在各种地面采暖系统取水温度下,单位集热器面积所需蓄热水箱容积趋于相等.     

高寒地区户用太阳能沼气发酵系统的设计

以呼和浩特地区冬季环境条件和太阳能辐射数据为依据,设计了一套适用于严寒地区冬季气温条件下的户用太阳能沼气发酵系统。沼气发酵池体积为6 m3,通过计算沼气池的热负荷,得出维持池内正常产气所需的热量为37.7 MJ;采用真空管太阳能集热器循环系统,太阳能集热器的集热面积为5.17 m2,所需真空管数量为50根,储热水箱的容积为0.72 m3。     

双水箱太阳能集中热水系统关键参数优化及建筑类型的适用性研究

为对供热水箱容积、供热水箱控制最低水位、补水泵流量、集热水箱放水温度等关键参数进行系统优化,建立典型的双水箱太阳能集中热水系统仿真模型,以太阳能保证率和集热效率为主优化指标。结果表明:部分工况下供热水箱容积的增大会引起太阳能保证率的增大,但集热器的集热效率会有所减小;对于供热水箱通过水位控制的双水箱太阳能集中热水系统,建筑类型对系统补水泵流量的影响较大;对于集热水箱到供热水箱的热水通过温差控制的热水系统,放水温度应大于用户用水温度;双水箱太阳能集中热水系统,更适于24 h连续供水的建筑类型。     

严寒C区太阳能热水采暖系统设计参数匹配的研究

以太阳能热水采暖系统蓄热水箱的容积与太阳能集热器的集热面积的匹配关系为研究对象,通过数值模拟的方法,以严寒C区的赤峰地区为例,参考赤峰地区的逐时气象数据,以太阳能热水采暖系统的集热效率、太阳能贡献率为优化目标,对蓄热水箱的容积与太阳能集热器的集热面积的比值(RVA)、蓄热水箱保温层厚度等设计参数进行了优化研究。研究结果表明,在RVA为50～150 L/m~2的条件下,赤峰地区的太阳能热水采暖系统可获得较为理想的集热效率。研究结果可为严寒C区太阳能热水采暖系统的设计提供参考。     

云南南向平板太阳能热水系统水箱水量与集热面积配比特性研究

文章基于平板型集热器日均能量输出模型,建立了太阳能热水系统水箱水量与集热器面积的配比模型。以云南7城市的典型气象数据为例,利用所建模型对太阳能热水系统的水量配比进行了计算,给出了水箱终温为60℃时各城市各季节或全年使用太阳能热水系统的水量配比的取值范围。为便于工程应用,文中给出了水量配比与倾角间相关系数大于0.999的二次关系式。进一步讨论发现,云南7城市春季、夏季、秋季、冬季或全年使用的太阳能热水系统集热器的最佳倾角分别为10~15°,0~0°,32~38°,45~50°,24~30°;其对应的水量配比分别为50~60 kg/m2,44~51 kg/m2,43~56 kg/m2,44~58 kg/m2,46~52 kg/m2。针对不同的供热目的 ,可利用文中的关系式和各季节或全年的最佳倾角对太阳能热水系统进行优化设计。     

蓄热水箱的热分层研究进展

太阳能热水系统中蓄热水箱热分层的研究,已经成为目前提高太阳能集热器效率和太阳能保证效率的重要方向,良好的热分层一方面可以降低进入集热器的温度,减少传热损失,提高集热器效率;另一方面可以提高水箱内可被利用的高温水量,减少辅助加热量,从而提高整个太阳能热水系统的性能。综合国内外文献,总结了蓄热水箱热分层现象,热分层的数学模型以及影响因素,并展望了热分层蓄热水箱的研究趋势。     

A new type of phase change heat storage tank in solar energy combination system

介绍了一种新型笼屉式相变蓄热水箱,通过实验测试对比分析相变蓄热水箱与普通蓄热水箱对太阳能组合系统的太阳能保证率及系统能效比的影响。实验表明：同等水箱容积,使用相变蓄热水箱时太阳能集热系统的小时集热量为普通蓄热水箱的3.7倍,相变蓄热水箱有利于提高太阳能保证率及系统能效比。在太阳能辐照强度相似的情况下,相变蓄热水箱会使太阳能保证率平均提高72%,使系统能效比平均提高26%。同时相变蓄热水箱可减少夜间水箱上部的热损失,使水箱上部水温降减少50%。     

浅谈家用太阳能热水器隔热体选材

目前,有关太阳能热水系统的国家标准近20项,虽然家用太阳能热水系统(贮热水箱容积在600L以下)有成熟的标准,但是主要部件的选材一直没有规范和统一,使得市场上太阳能热水系统选材良莠不齐,由此会给消费者带来损失.     

太阳能-地源热泵复合系统的性能分析及优化

以应用于西安市周边地区农村住宅的太阳能-地源热泵复合系统为研究对象，利用TRNSYS软件对该复合系统进行建模。首先，对复合系统中主要部件的参数计算方式进行了详细阐述；其次，对复合系统中的太阳能集热器倾角与蓄热水箱容积进行了分析；最后，从太阳能集热系统集热量、地源热泵系统能耗及能效比(COP)等角度对复合系统的运行工况进行优化。研究结果表明：在整个供暖期，在集热器倾角为52°、蓄热水箱容积为0.45 m³时，整个复合系统的总能耗最低；优化后的复合系统的总能耗为1089.6 kWh，地源热泵系统在运行期间的平均COP为3.5371，太阳能集热器的累计集热量为327.3 kWh。研究结果为西安市及其周边地区应用太阳能-地源热泵复合系统的设计及优化奠定了基础，对实现碳达峰及碳中和目标具有重要意义。