太阳能热泵系统的理论与实验研究及系统经济性分析

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本文理论部分建立了太阳能热泵系统各部件的模型,包括集热板模型、冷凝器模型、蒸发器模型、压缩机模型及膨胀阀模型,并结合各部分的模型建立了系统整体的模型;为了提高集热板模型的精确度,引入了神经网络校正对集热板的理论模型进行了校正,通过验证,集热板的模拟精度得到了提高;为了使模拟更加方便,运用C#编写了太阳能热泵系统模拟软件,该软件可即时的导出数据,快捷查看模拟结果,使模拟过程更加方便;对整个系统的运行进行了模拟,得出了整个系统的运行性能情况。本文实验部建立了太阳能热泵系统实验台,分针对太阳能集热板、热泵机组及太阳能系统整体运行性能进行了实验研究和分析。实验得出了系统在冬季的太阳辐射条件下,集热器内部的水温变化和太阳辐射对于其进出口温差的影响;蒸发器进水温度与冷凝器进水温度对于压缩机进出口压力温度的影响、对于压缩机耗功的影响、对于系统制热量和吸热量及系统制热系数的影响;系统整体的运行性能情况。在实验结果的基础上对太阳辐射与系统制热量和性能系数的实验值和模拟值进行了对比分析,结果表明实验结果与模拟结果的吻合度高。本文还以典型北方地区的住宅热用户为例,全面分析了太阳能热泵系统应用于地板辐射采暖的可行性、节能性和环保性,同时分析了系统从长期运行过程中,对于用户的经济效益。得出结论,系统用于北方地区冬季采暖可有效节能减排,同时在长期运行下经济性高。
摘要第4-5页
ABSTRACT第5页
第一章 绪论第8-12页
    1.1 研究背景第8-9页
        1.1.1 能源问题与能源利用技术的发展第8-9页
        1.1.2 太阳能热泵利用技术的提出第9页
    1.2 研究现状第9-11页
        1.2.1 国外研究现状第9-10页
        1.2.2 国内研究现状第10-11页
    1.3 课题的研究内容第11-12页
第二章 实验系统的建立第12-20页
    2.1 太阳能热泵系统原理第12页
    2.2 实验系统的设计和建立第12-17页
        2.2.1 热用户侧的设计第12-13页
        2.2.2 热泵机组的设计第13-14页
        2.2.3 集热器的选择和设计第14-17页
    2.3 测试系统的建立第17-20页
        2.3.1 测点的布置第17-18页
        2.3.2 测试主要仪器及设备第18-20页
第三章 太阳能热泵系统的理论研究第20-48页
    3.1 太阳能平板集热器的数学模型第20-27页
        3.1.2 平板太阳能集热器传热过程分第20-21页
        3.1.3 平板集热器的热损失第21-25页
        3.1.4 集热器有用能量的效率方程的确定第25-26页
        3.1.5 集热器性能参数的迭代计算方法第26-27页
    3.2 太阳能平板集热器的神经网络校正模型第27-32页
        3.2.1 径向基神经网络技术第27页
        3.2.2 径向基神经网络模型第27-29页
        3.2.3 径向基神经网络的学习算法第29-30页
        3.2.4 模型的建立第30-31页
        3.2.5 模型的验证第31-32页
    3.3 板式换热器的模型第32-41页
        3.3.3 冷凝器的模型第32-35页
        3.3.4 冷凝器模拟结果分析第35-37页
        3.3.5 蒸发器的理论模型第37-39页
        3.3.6 蒸发器模拟结果分析第39-41页
    3.4 小型滚动转子式压缩机的模型第41-42页
        3.4.1 制冷剂流量计算第41页
        3.4.2 压缩机功率计算第41-42页
        3.4.3 压缩机温度计算第42页
    3.5 热力膨胀阀的模型第42-43页
        3.5.1 热力膨胀阀的结构方程第42-43页
        3.5.2 热力膨胀阀的能量方程第43页
        3.5.3 热力膨胀阀的流量特性第43页
    3.6 太阳能热泵系统的理论模型建立第43-45页
    3.7 系统模拟结果分析第45-47页
    3.8 本章小结第47-48页
第四章 太阳能热泵系统的实验研究第48-75页
    4.1 实验方案的确定第48页
    4.2 太阳能集热器运行性能实验研究第48-50页
    4.3 热泵机组运行性能实验研究第50-70页
        4.3.1 不同蒸发入口温度下压缩机运行性能第51-54页
        4.3.2 不同蒸发入口温度下系统整体运行性能第54-59页
        4.3.3 不同冷凝出口温度下压缩机运行性能第59-62页
        4.3.4 不同冷凝出口温度下系统整体运行性能第62-66页
        4.3.5 蒸发器进水与冷凝器出水对蒸发温度、冷凝温度影响第66-67页
        4.3.6 蒸发温度与冷凝温度对系统性能的影响第67-70页
    4.4 太阳能热泵系统整体性能实验研究第70-72页
    4.5 系统实验结果与模拟结果的对比分析第72-73页
    4.6 本章小结第73-75页
第五章 太阳能热泵系统供热的经济性分析第75-81页
    5.1 系统供暖可行性第75-76页
    5.2 节能性第76-77页
    5.3 环保性第77-78页
    5.4 技术经济性分析第78-80页
        5.4.1 计算给定参数第78页
        5.4.2 主要经济参数第78-79页
        5.4.3 计算结果分析与比较第79-80页
    5.5 本章小结第80-81页
第六章 结论和展望第81-83页
    6.1 结论第81页
    6.2 展望第81-83页
参考文献第83-86页
攻读硕士学位期间发表论文第86-89页
致谢第89页
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