浴室太阳能-污水源热泵复合系统性能研究

• 作 者: 邹小全
• 出 处: 华北电力大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 太阳能 污水源热泵 TRNSYS模拟 满足率 经济性 优化分析

改革开放以来我国社会经济得以快速的发展,能源短缺和环境污染等问题也日益突出。在积极研发利用新能源的同时,回收和利用余热资源也应被重视。集中浴室具有水量大、使用时间集中和排放的废水温度较高等特点,通过回收集中浴室废水中的低位热能对节能、减排等都有重要的意义。本文以保定市某高校集中浴室为背景,提出了太阳能-污水源热泵复合系统为浴室供应热水代替原有的燃气锅炉辅助太阳能系统。研究改造后的热水系统运行策略及热水满足率,并和原燃气锅炉辅助太阳能系统进行对比分析。研究分析步骤如下:首先,调查该校区学生洗浴情况,计算分析得出逐日用水量及浴室热水负荷。设计太阳能-污水源热泵复合系统原理图并确定运行模式,分析计算对各设备进行选型。其次,以TRNSYS软件为平台,搭建浴室太阳能-污水源热泵复合系统仿真模型,计算出太阳能单位面积辐射量Icoll、集热器单位面积获取的有用能Q_u、太阳能集热效率Etacoll、太阳能保证率Fsol、浴室热水满足率及各热源贡献率;并选择1月6日(周末)、1月9日(工作日)、4月21日(周末)、4月25日(工作日)、8月2日(暑假放假)这5天作为研究的典型日。模拟分析典型日恒温水箱逐时出口温度情况反映典型日热水满足情况,模拟结果显示仅有太阳能集热器和污水源热泵是不能完全到达浴室热水负荷需求,因此需再添加一种辅助热源。本文添加燃气锅炉作为辅助热源,并搭建仿真模型,计算逐日浴室满足率并选择最不利的典型日与未加辅助热源系统的模拟结果进行对比分析。然后,从经济性、节能性及环保效益三方面与原燃气锅炉辅助太阳能系统进行对比分析,结果表明太阳能-污水源热泵复合系统不仅在经济与节能性方面优于燃气锅炉辅助太阳能系统,而且环保效益也较佳。最后,分别从太阳能集热器面积、倾角及朝向,以及各循环水箱方面对太阳能-污水源热泵复合系统进行优化分析。结果显示,优化后系统的运行费及费用年值都有所减少。