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。     

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%。     

太阳能与空气源热泵联合供暖系统容量匹配及运行优化

针对川西藏区民居使用太阳能与空气源热泵联合供暖问题进行系统容量匹配及运行优化研究。建立太阳能与空气源热泵并联供暖系统的容量匹配及运行优化模型,以系统生命周期成本最小为优化目标,以集热器面积、热泵容量、水箱容积、热泵启停温度、热泵启停温差为优化变量,采用遗传算法进行同步优化计算。以甘孜地区为计算案例进行优化计算,结果表明:单一运行优化节能效果显著,与设计方法相比,运行费可节省19.0%,系统COP提高24.3%,热泵平均COP提高10.7%;在系统20 a寿命周期内,同步优化方法下总投资最低,与设计方法、单一运行优化和单一容量匹配相比,其总投资分别降低19.1%、11.4%和15.6%。甘孜地区并联供暖系统应以热泵为主,推荐太阳能保证率为16%,给出了优化匹配容量及运行控制策略。     

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。     

太阳集热器与空气源热泵联合供热系统研究

该文对一套太阳集热器与空气源热泵联合供热系统进行优化。对主要部件建立数学模型,并应用TRNSYS软件建立系统仿真模型,实现各系统模型耦合求解。在全年工况下,对补水方案、太阳集热器面积及储热水箱与恒温水箱的容积比等参数进行仿真分析。结果表明:白天仅在早上补水1次,集热器面积取344 m~2,储热水箱与恒温水箱容积比值为1.5时,系统性能最优;优化后,系统较优化前节能11.9%。     

基于Transys的太阳能-空气源热泵复合供暖系统优化分析

以西安市周边地区农村住宅为研究对象，基于瞬时系统模拟仿真程序(Trnsys)软件对太阳能-空气源热泵复合供暖系统进行模拟仿真，研究不同集热器倾角和不同蓄热水箱体积对热泵供热量、集热水箱供热量、热泵能耗、系统能耗和性能系数(COP)的影响。结果显示：在最优倾角55°和最优蓄热体积25 m³的条件下，太阳能与空气源热泵复合系统在11月15日至3月15日之间的系统能耗最低，为75 394 kWh。其中，空气源能耗为74 573 kWh，热泵COP为3.467，系统COP为3.98。研究结果为太阳能-空气源热泵复合供暖系统的设计及优化提供参考。     

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。     

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。     

太阳能-热泵辅助加热热水系统运行的经济性分析

通过建立太阳能集热设备和水箱温度模型,模拟仿真太阳能-空气源热泵辅助加热热水系统的系统性能。并以南京地区家用热水器全年供热水为例,对三种供热水系统的经济性能进行比较分析,从而得出采用太阳能-空气源热泵辅助加热供热水系统具有良好的经济效益。     

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。     

多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验研究

建立多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验装置,分析在正常和恶劣工况下,太阳能热泵集热蒸发器的热性能。结果表明,在相同太阳辐照量的条件下,各太阳能集热蒸发器出口处过热度与压缩机进口处过热度基本一致,且均能正常工作;不论在正常工况还是恶劣工况下,蒸发器阵列的整体性能均可满足要求;通过比较多太阳能集热蒸发器并联热泵热水系统与空气源热泵热水系统COP可知,多太阳能集热蒸发器并联热泵热水系统COP基本维持在5.0～6.0之间,相比于空气源热泵热水系统COP在2.0～3.0之间有明显优势;证明多太阳能集热蒸发器并联形成一个大的太阳能热泵系统是可靠的。     

蓄热水箱水温和水箱体积对太阳能集热系统的性能影响分析

采用实验和模拟计算方法对太阳能集热系统蓄热水箱的水温和水箱体积影响因素开展探究，分析日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度等参数随水箱初始温度和水箱体积的变化规律。研究结果表明：水箱初始温度从10.34℃增加到29.88℃时，日有用得热量减少了19.52%；换算成日太阳辐照量为17MJ/m2时的储热水箱中水的温升值下降了17.66%，储热水箱结束水温下降了10.73%；单位面积日有用得热量减少了17.64%。通过TRNSYS模拟软件，分析出太阳能集热系统全年运行工况时的水箱变量参数对系统性能的影响，获得了日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度的变化规律。通过选取不同月份的若干个时段进行对比分析，得出水箱体积对太阳能供热系统的影响较水箱初始温度大；当下调水箱初始温度和缩小水箱体积时，日有用得热量提升，但集热器功率降低；当上调水箱初始温度和缩小水箱体积时，水箱内平均温度升高；且随着太阳能集热系统运行时间的累加，水箱初始温度和水箱体积对上述各性能参数的影响减弱。日有用得热量、集热器功率和水箱内平均水温随着季节变化明显，秋季和冬季气候下的日有效得热量，集热器功率和水箱内平均水温均低于春季和夏季。     

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。     

寒冷地区户用大平板太阳能集热器-空气源热泵系统性能研究

针对太阳能难以单独稳定供暖和空气源热泵供暖成本高的问题，提出空气源热泵辅助太阳能稳定供暖构想，在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村研发搭建大平板太阳能集热器-空气源热泵系统，对比研究晴天、多云和阴天3种典型工况下大平板太阳能集热器的集热效率、太阳能热泵和空气源热泵COP、太阳能保证率、系统总供热量和系统能效比等性能参数。结果表明：晴天、多云和阴天系统集热效率分别为44.9%、38.7%和20.6%,3种工况下太阳能热泵COP均为4.0，空气源热泵COP分别为3.5、3.3和3.1，太阳能保证率分别为38.1%、32.3%和12.9%，系统全天供热量分别为142.52、135.22和120.96 kWh，系统能效比分别为3.5、3.4和2.7。研究结果证明大平板太阳能集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区单体建筑供暖的可行性，可为寒冷地区农村单体建筑的供暖提供一种新途径。     

西昌市太阳能热水系统集热面积、水箱容积与倾角的组合优化

太阳能热水系统设计中集热器面积、水箱容积、最佳倾角是相互影响的,在辅热量最小原则下,三者还没有一个系统的组合优化方案。为研究三者的组合关系,建立完整的太阳能热水系统模型,提出一套系统的组合优化方法。综合考虑技术、经济因素对系统性能的影响,提出净节省费用的概念,并依据辅热量最小原则与净节省费用最大原则分别给出两套组合优化方案,进而对两套方案进行分析。为太阳能热水系统中集热器面积、水箱容积、最佳倾角的合理设计提供依据。     

阳台式太阳能热水系统性能及分析

对阳台式太阳能热水系统进行了应用效果的测试:当太阳辐射量为17 MJ/m2时,太阳能集热系统单位轮廓采光面积的日有用得热量为4.73 MJ/m2,小于评定合格值;热水系统温升为20℃,小于评定合格值;贮水箱保温性能△t sd为6.2℃,符合评定合格值,水箱保温良好;贮水箱最终出水温度达到51℃,能满足配水点最低水温要求。分析表明,造成阳台式太阳能热水系统集热效果达不到合格标准是由于集热器安装倾角过大、上下层集热器的自遮挡和建筑的隔墙遮挡所致。文章提出,应用在高层建筑的集热器可分散设置在屋顶和南向外墙的外挑板上,并采取上下错层的布置方式。     

基于能量分析和分析的太阳能热泵系统优化研究

以热力学第一、二定律为基础,对太阳能热泵系统的各主要部件进行分析,给出系统各环节的能量分析模型和分析模型。选取北京某典型别墅作为太阳能热泵系统的应用对象,模拟系统效率随太阳能集热器面积和储水箱体积的变化,获得相应参数的最佳配比。结果表明:COP分析和代价效率分析一致,系统在集热器面积为127.98 m~2,水箱体积为9.08 m~3时达到最优;集热器面积为127.98 m~2,水箱体积为3.936 m~3时系统效率最大。     

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。     

相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统参数优化

为解决相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统关键参数的设计问题,设计了基于TRNSYS软件的相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统模型。利用GENOPT软件调用Hooke Jeeves算法,以费用年值为优化函数,针对集热器面积、空气源热泵制热量、集热器倾角、集热器方位角、相变储能箱体积以及体积因子等关键参数进行优化分析,并以单位体积下相变储能箱蓄/放热量、集热器逐月平均效率及系统性能系数COPS为优化前后评价指标。结果表明：集热器面积取187 m2、空气源热泵制热量取40.5 kW、集热器倾角取44.1°、集热器方位角取-1°、相变储能箱体积取4 m3、体积因子取0.1时得最小费用年值,费用年值同比降低21%;优化后单位体积下,相变储能箱年放热量提升了15.1%,年蓄热量提升了16.5%;以系统性能系数COPS为评价指标,优化后系统整体性能受环境因素影响下降,系统更趋于稳定运行。     

光伏光热与空气源热泵联合供暖系统设计与优化配置研究

针对国家碳减排战略布局及北方居民对清洁采暖的经济性需求,设计了一种光伏、光热、储热一体化供暖系统,并对系统关键组件及设备进行优化配置研究。首先,以光伏、集热器、空气源热泵为主要能量来源,形成多能互补的系统拓扑结构;其次,综合考虑当地收入水平,以系统生命周期碳排放及生命周期费用最小为优化目标,以光伏容量、集热器面积、水箱体积、热泵功率为优化变量,运用Hooke-Jeeves优化算法对系统进行优化;最后,以张家口某地300 m²建筑为例进行系统优化设计。结果表明与电锅炉供暖系统、空气源热泵系统和未优化系统相比,经优化后系统的生命周期费用、碳排放均有显著改善。研究方案具有良好的经济及碳减排性能,可为北方地区清洁供暖提供相应参考。