跨季節水池儲熱太陽能供暖系統能效研究
文章來源:未知時間:2022-01-21
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【摘要】：由于全球能源消耗量的不斷增長,建筑耗能已成為我國能源消耗的“耗能大戶”可再生能源的開發利用是我國在對傳統礦物能源和核能進行利弊分析之后的新型替代能源選擇,是實現可持續發展的重要能源戰略。太陽能作為一種可再生的清潔能源受到國內外的廣泛關注,但因其間斷、不穩定性且與熱能需求不同步的弊端限制了其發展。而儲熱技術是可以有效解決這個弊端,特別是季節儲熱技術,可將非供暖期收集的太陽能儲存至供暖期使用,緩解太陽能供暖能量“冬季不足,夏季過剩”的矛盾,對提高全年太陽能利用率,實現太陽能供暖系統的可靠性具有重要意義。本文對跨季節水池儲熱太陽能供暖系統在集熱-儲熱-取熱-供熱子系統耦合作用下的動態傳熱模型進行分析,針對不同集熱子系統形式、儲熱/放熱工況、取熱子系統形式建立數學模型并進行求解,模擬分析全年儲熱水池內水溫變化、能量分布及系統效率、取熱方式的選擇及運行控制策略。其次研究了蓄集比、集熱效率、建筑能耗等關鍵參數對太陽能保證率的影響,并重點分析了對儲熱系統設計及運行具有關鍵影響的取熱子系統形式及取熱設備效率對系統能流分布的影響規律,為取熱方式的選擇及運行控制策略提供參考。最后,通過大連某綜合樓進行跨季節水池儲熱太陽能供暖系統方案設計及模型求解,并分析其環境效益影響。對太陽能資源屬第Ⅲ類的寒冷地區,本論文主要研究結果如下：(1)綜合考慮蓄集比對太陽能保證率的影響及對儲熱水池水溫的控制,蓄集比在3～4范圍較好。集熱器效率提高0.1,太陽能保證率可提高26%,過低的集熱器效率對太陽能保證率影響更明顯。另外,水池良好的保溫效果、建筑能耗的降低都對提升系統太陽能保證率有十分積極的影響,且有益于系統能效的提高。(2)直流供暖與水源熱泵聯合取熱形式比換熱器與水源熱泵聯合取熱形式的換熱損失更少,太陽能利用更充分,系統能效更高,太陽能保證率比后者高18%左右。取熱換熱器的換熱效率提高10%,太陽能保證率平均可提高9%；水源熱泵的ε2提高30%,太陽能保證率平均可提高3.3%。換熱器換熱效率和水源熱泵COP的提高,均有利于系統能效的提升。但考慮到儲熱末期水源熱泵的正常使用,池內水溫不應過低,熱泵較適宜制熱系數為2-3。(3)根據工程經驗及國內外研究成果,結合本研究,對大連某綜合樓進行跨季節水池儲熱太陽能供暖系統設計,對系統全年水池水溫進行預測并對系統能效進行分析。在節能減排方面,該系統也具有顯著的環境效益。
