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文檔簡介
1、我國寒冷或嚴寒地區(qū)占國土面積的70%以上,這些地區(qū)一年有1/3的時間需要供暖。目前我國冬季普遍采用的供暖方式有燃煤或燃氣鍋爐小區(qū)集中供暖和以煤炭、天然氣、秸稈為燃料的分戶式供暖兩種,這兩種供暖方式能耗高、效率低、污染嚴重。利用太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉垂┡絹碓绞艿饺藗兊闹匾?。然而,由于太陽能的間歇性和低能量密度,傳統(tǒng)空氣源熱泵在冬季低溫條件下系統(tǒng)性能明顯下降,因此,空氣源熱泵或太陽能熱泵在我國廣大北方地區(qū)的推廣應(yīng)用都受
2、到了嚴重制約。研發(fā)經(jīng)濟高效、性能穩(wěn)定、適用地域廣的多能互補熱泵系統(tǒng)成為解決這一問題的有效途徑。
為了利用太陽能、生物質(zhì)能、空氣熱能實現(xiàn)冬季供熱,本課題研發(fā)了一套太陽能-生物質(zhì)能-空氣熱能-電能多能互補的熱泵系統(tǒng)(MEHP),并在甘肅省皋蘭縣搭建了一套多能互補的非直膨式開口系統(tǒng)的實驗臺,實驗研究了冬季氣候條件下系統(tǒng)的供熱性能,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
(1)根據(jù)兩間相鄰的10.7m2房間的冬季供暖熱負荷,設(shè)計并
3、搭建了MEHP系統(tǒng)實驗臺,在2012年12月份實驗研究了空氣源模式、太陽能-空氣能互補模式和太陽能-生物質(zhì)能-空氣能互補模式等模式下系統(tǒng)的供暖性能。研究結(jié)果表明:當環(huán)境溫度低于-6℃時,以空氣源模式運行系統(tǒng)性能較差,系統(tǒng)平均COPs只有1.27,供暖房間內(nèi)的平均室溫只有14.9℃,無法達到設(shè)計規(guī)范要求;而以太陽能-空氣能互補模式運行時,系統(tǒng)性能相比空氣源模式有較大幅度的提高,平均系統(tǒng)COPs達到了1.83,比空氣源模式下的COPs提高了
4、44.1%,平均室溫可達到20.8℃,可以滿足設(shè)計規(guī)范要求;以太陽能-生物質(zhì)能-空氣能互補模式運行時,平均系統(tǒng)COPs也達到了1.83,同樣比空氣源模式下的COPs提高了44.1%,平均室溫達到了20.2℃;系統(tǒng)以空氣源模式運行時,空氣熱能的輸入系統(tǒng)的能量份額為21.26%,系統(tǒng)以太陽能-空氣能模式運行時,太陽能和空氣能輸入系統(tǒng)的能量份額分別為35.82%和21.59%,以太陽能-生物質(zhì)能-空氣能互補模式運行時,太陽能、生物質(zhì)能和空氣能
5、輸入系統(tǒng)的能量份額分別為20.11%、18.80%和18.42%;后兩種模式下系統(tǒng)對可再生清潔能源的利用份額總和都超過了55%,同時后兩種模式下的一次能源利用率分別比空氣源模式下提高了21.5%和20.4%,說明系統(tǒng)在多能互補模式下節(jié)能和環(huán)保效果明顯;實驗證明所構(gòu)建的多能互補熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于寒冷地區(qū)供暖是可行的,且在既有的設(shè)備條件下,可以保證在冬季晴天保證率≥75%的氣候條件下實現(xiàn)以太陽能-空氣能互補模式+太陽能-生物質(zhì)能-空氣能互補模式
6、進行持續(xù)穩(wěn)定的供暖。
(2)對MEHP系統(tǒng)進行了火用分析,提出了提高系統(tǒng)火用效率的措施。三種模式下系統(tǒng)的火用效率分別為28.12%、25.32%和22.83%;太陽能集熱器、沼氣熱水器和壓縮機在循環(huán)過程中火用損失較大,可以分別通過增加太陽能水箱容積、降低水溫、改進水箱保溫措施、增加沼氣熱水器換熱面積、增加沼氣熱水器煙氣回?zé)嵫b置、減小壓縮機吸氣壓比、提高壓縮機進氣溫度或利用等熵高效的變頻壓縮機等方式減少火用損失。
7、 (3)研究了MEHP系統(tǒng)的節(jié)能減排性能。相較于傳統(tǒng)的燃燒化石燃料的供暖方式,MEHP系統(tǒng)在冬季晴天保證率≥75%的氣候條件下以太陽能-空氣能互補模式+太陽能-生物質(zhì)能,空氣能互補模式進行供暖,每年可以節(jié)煤1887.4kg,減排CO24.80t,減排SO216.04kg。
(4)本課題研發(fā)的多能互補熱泵系統(tǒng)具有明顯環(huán)保性和節(jié)能性,如果將系統(tǒng)加以改進,解決實驗中所遇到各部件參數(shù)匹配性不好、制冷劑分流不均勻等問題,系統(tǒng)的CO
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