空气源热泵辅助太阳能热水系统性能研究

西南交通大学本科毕业论文空气源热泵辅助太阳能热水系统性能研究StudyOnThePerformanceOfAirSourceHeatPumpAssistedSolarWaterHeatingSystem年级：2012级学号：20121239姓名：曹玉鹏专业：建筑环境与设备工程指导老师：袁艳平教授2016年4月西南交通大学本科毕业论文第I页院系机械工程学院专业建筑环境与设备工程年级2012级姓名曹玉鹏题目空气源热泵辅助太阳能热水系统性能研究指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日西南交通大学本科毕业设计(论文)第II页毕业设计（论文）任务书班级：建环2012-02班学生姓名：曹玉鹏学号：20121239发题日期：2015年11月22日完成日期：2016年5月10日题目：空气源热泵辅助太阳能热水系统性能研究1、本论文的目的、意义目的：通过毕业论文，使学生熟悉空气源热泵系统和太阳能热水系统工作原理及设计流程，掌握太阳热水系统设计中的关键设计参数的选取方法，并提高学生对仿真模拟软件的运用能力；通过理论分析和仿真软件模拟的方法，锻炼学生整理和运用基础知识分析、解决和处理实际问题的能力。意义：在能源危机和环境污染双重压力下，太阳能逐渐成为可再生能源中最引人注目、研究开发最多、应用最为广泛的清洁能源。太阳能的开发利用对节能和环保均具有重要意义。空气源热泵辅助加热太阳能热水系统结合了太阳能的清洁性、可再生性和空气源热泵的节能性，是一种节能无污染的高效能源利用系统。通过对太阳能热水系统的设计及参数的选取，学生将本专业相关的传热学、工程热力学等基础知识运用到实际系统中，有助于锻炼学生对基础知识的掌握和运用能力，并培养学生系统性考虑问题的能力，为今后的生活和学习打下一个好的基础。2、学生应完成的任务：学生应完成的任务包括以下几个方面：（1）文献综述：查阅文献，对已有的研究成果进行汇总，并对太阳能热利用发展方向有个清晰的认识；（2）理论研究：结合对传热学、工程热力学、流体力学的认识，对太阳能热水系统的系统形式、工作原理、各部件的数学模型、关键设计参数等进行理论分析，并建立系统模型；（3）模拟仿真：在熟练操作TRNSYS模拟软件的基础上，建立太阳能热水系统仿真模型，通过实验验证的方式对仿真模型进行验证，并对其关键参数进行系统优化；（4）模拟结果分析与结论：将模拟数据通过图、表与文字描述相结合的方法进行表述说明，最终得出优化结论；（5）撰写毕业论文：包括文献综述、西南交通大学本科毕业设计(论文)第III页系统理论模型和仿真模型的建立、系统优化方法的表述、系统优化结果分析、结论与相关图表的绘制，字数不少于两万字；（6）外文翻译：完成一万字符的外文文献翻译。3、论文各部分内容及时间分配：（共15周）第一部分收集资料、至少查阅40篇相关文献(2周)第二部分毕业实习(2周)第三部分系统方案设计及系统优化(7周)第四部分模拟结果分析及数据整理（包括图表）(3周)第五部分完成毕业论文的撰写(1周)评阅及答辩(1周)备注：指导教师：年月日审批人：年月日西南交通大学本科毕业论文第IV页摘要传统集中供热水系统大多采用锅炉形式，需要燃烧大量煤炭或者燃气等化石燃料，给环境也带来了巨大破坏。因此，我们迫切需要寻求一种高效清洁、可大规模使用的热水系统。空气源热泵辅助太阳能热水系统是将热泵技术与太阳能热利用技术充分结合，利用空气源热泵不受天气、昼夜、季节、地理位置等的影响，且本身具有高效节能的特点来弥补太阳能热水系统的不足，充分发挥空气源热泵和太阳能热水系统各自的优势，高效节能地为用户提供生活热水。本文介绍了空气源热泵辅助太阳能热水系统的基本原理、运行策略及各参数的设计计算方法。在此基础上，以四川省西昌地区气候条件为背景，以宁南县某中学空气源热泵辅助太阳能热水系统为原型，对空气源热泵辅助太阳能热水系统进行软件模拟分析和测试。结果表明，系统的太阳能保证率随水箱容积和集热面积的增大而增大的，当水箱容积和集热面积增大到一定数值时，太阳能保证率基本趋于稳定。水箱容积与集热面积对系统集热效率的影响相互制约。集热面积一定时，集热效率随水箱容积的增大而增大；水箱容积一定时，集热效率随集热面积的增大而减小。介绍了宁南县某中学宿舍空气源热泵辅助太阳能热水系统的概况，并搜集了4月11日至4月22日系统数据，对其进行分析。结果表明，实际系统运行受各种复杂因素影响，系统集热效率比模拟时低得多，太阳能保证率受季节和天气影响较大。了解实际系统运行状况，对工程有很大指导作用。建立了空气源热泵辅助太阳能热水系统同步优化模型，利用虎克-捷夫算法(Hooke-JeevesAlgorithm)，以经济性为目标，对集热板倾角、集热面积和水箱容积进行同步优化，得到一组最优参数组合。并与第3章模拟结果对比，发现提高太阳能保证率对降低系统费用的作用更大。关键词：空气源热泵辅助太阳能热水系统；TRNSYS模拟；太阳能保证率；集热效率；同步优化西南交通大学本科毕业论文第V页AbstractThetraditionalcentralizedheatwatersystemmostlyusestheboiler.Itneedstoburnalargeamountofcoal,gasandotherfossilfuels,thatbringstremendousdamagetotheenvironment.So,weurgentlyneedtofindanefficient,cleanandcanbelargelyusedofhotwatersystem.Solarhotwatersystemconvertsthesolarenergyintoheatenergyandheatsthewater.Comparedwithotherhotwatersystems,ithastheadvantagesofsavingenergy,nopollution,simplestructure,safeandaffordable.Airsourceheatpumpassistedsolarhotwatersystemusesthecharacteristicsofairsourceheatpump——notaffectedbyweather,night,season,geographicallocationandsoon——tomakeupfortheshortageofsolarhotwatersystemandmakesfulluseoftheadvantagesofairsourceheatpumpandsolarhotwatersystemtoefficientlyprovideuserswithhotwater.Thispaperintroducesthebasicprinciple,operationstrategyandthedesignandcalculationmethodoftheairsourceheatpumpassistedsolarwaterheatingsystem.Based,inXichangarea,SichuanProvinceclimaticconditionsasthebackground,takingNingnanCounty,asecondaryairsourceheatpumpassistedsolarwaterheatingsystemfortheprototype,theairsourceheatpumpassistedsolarwaterheatingsystemsoftwaresimulationanalysisandtesting.Theresultsshowthatthesolarenergyguaranteerateincreaseswiththeincreaseofthevolumeofthewatertankandtheheatcollectionarea.Whenthevolumeofthewatertankandtheheatcollectionareaincreasetoacertainvalue,thesolarenergyguaranteerateisstable.Theinfluenceofthevolumeofwatertankandtheheatcollectorareaontheheatcollectionefficiencyofthesystem.Whentheheatcollectionareaisconstant,theheatcollectionefficiencyincreaseswiththeincreaseofthevolumeofthewatertank,andtheheatcollectionefficiencydecreaseswiththeincreaseoftheheatingareaofthewatertankvolume.IntroducedoverviewofNingnanCountyschooldormitoryairsourceheatpumpassistedsolarwaterheatingsystem,andcollecteddatafromApril11toApril22system,carriesontheanalysis.Theresultsshowthatthesystemoperationisaffectedbyvariouscomplexfactors,theheatefficiencyofthesystemismuchlowerthanthatofthesimulation,andthesolarenergyguaranteerateisaffectedbytheseasonandweather.Tounderstandtheactualoperationofthesystem,theprojecthasagreatguidingrole.西南交通大学本科毕业论文第VI页Airsourceheatpumpassistedsolarwaterheatingsystemsynchronizationoptimizationmodelisestablishedandthehook-Jeffalgorithm,HookeJeevesalgorithmis,totheeconomyasthegoal,tosethotplateinclination,optimizetheheattransferareaandthevolumeofthewatertankisset,asetofoptimalparametercombinationwasobtained.Andcomparedwiththesimulationresultsofthethirdchapter,itisfoundthattheeffectofimprovingthesolarenergyguaranteerateisgreater.keywords：airsourceheatpump(ASHP)assistedsolarwaterheatingsystem(SWHS);TRNSYSsimulation;solarfraction;collectingefficiency;synchronizationoptimization.西南交通大学本科毕业论文第VII页目录第1章绪论..........................................................................................................11.1研究的背景及意义.................................................................................11.1.1研究的背景..........