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太阳能与空气源热泵复合式供暖系统在西安地区应用特性分析及评价
 [打印]添加时间:2021-07-03   有效期:不限 至 不限   浏览次数:39
 目前,太阳能与空气能均显示出清洁、环保的优点。因此,可将二者作为供暖系统的能量来源。其中,太阳能具有清洁且方便利用的特点;但利用空气能的空气源热泵在应用时会受到环境温度低等因素的制约,在冬季还可能存在室外结霜的问题。而将可利用太阳能的装置与可利用空气能的空气源热泵进行综合应用,构建太阳能与空气源热泵复合式供暖系统,有助于解决以上问题;对此类复合式供暖系统的结构参数和运行状况进行优化研究,有助于提高此类复合式供暖系统的系统效率,减少能源消耗,并提高系统的经济性。

  近年来,有不少学者针对将太阳能与空气源热泵相结合的供暖系统的性能进行了研究。马晓雪 [1] 针对兰州地区某新型村镇的住宅设计了一 套太阳能与空气源热泵双热源供暖系统,并利用软件对该系统进行了模拟。结果表明,在整个供暖期内,该住宅每个房间的温度基本维持在 10~20 ℃,室内舒适度较好,蓄热水箱的水温维持在30~60 ℃;在上述模拟结果的基础上,研究者还对系统设计的参数进行了优化,得出该双热源供暖系统中平板太阳能集热器的最优面积为 14 m2,蓄热水箱的最优体积为 1.4 m3 的结论。

  韩宗伟等 [2] 对太阳能蓄热与低温空气源热泵复合空调系统的运行特性进行了模拟研究,结果表明,通过利用太阳能进行跨季节蓄热,在整个供暖季,该复合空调系统的能效比 (COP) 可达到 3.34。

  欧云峰等 [3] 在对太阳能与空气源热泵复合式热水系统进行优化分析时发现,该复合式热水系统可比传统的电辅助太阳能集热系统减少约 75%的电力损耗。

  KAYGUSUZ [4] 通过理论分析和实验研究了太阳能与空气能复合的热泵系统,研究结果表明,采用串联和并联运行方式时,该复合热泵系统的季节供暖性能指数分别为 3.0 和 4.0。

  刘业凤等 [5] 提出利用太阳能与空气源复合式热泵系统对太阳能热泵系统因吸收热量不足而导致工作时不稳定的情况进行优化,使该复合式热泵系统可根据太阳辐射强度的变化而改变运行方式,从而实现了太阳能集热系统和空气源热泵系统可交替运行,优化后的复合式热泵系统具有运行稳定和环保节能的优点。

  为了解决空气源热泵系统及太阳能集热系统在单独供暖时可能存在的问题,本文以西安地区的某个房间为研究对象,基于 TRNSYS 软件对比分析了在整个供暖季该房间分别采用太阳能集热系统、空气源热泵系统单独供暖,以及采用太阳能与空气源热泵复合式供暖系统供暖这 3 种运行方式时的能耗特性。

1 太阳能与空气源热泵复合式供暖系统的工作原理及模型介绍
1.1 工作原理
  太阳能与空气源热泵复合式供暖系统由太阳能集热系统和空气源热泵系统构成。其中,太阳能集热系统为主要的热源系统,其主要作用是将太阳能转换为热能,并进行供暖;而空气源热泵为辅助供暖的设备。该复合式供暖系统通过设定最优参数及改变工作方式来最大化利用太阳能,从而减少补充热源的利用,以最大程度的实现能源节约。