【摘 要】
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随着人类活动对气候的影响加深,全球平均温度正以飞快的速度上涨,人类的潜在风险正在加大。2020年9月,我国宣布了“碳中和”目标,因此要合理选择中国净零碳的基本路径。其一要从本质上减碳、去碳,调整能源基本结构;其二要大幅提升零碳能源的使用率,提高其使用占比。其三要推动低碳技术研发力度,并推广使用成熟的低碳技术。为了提高太阳能利用率、降低采暖期间碳排放量,本文针对现有太阳能与空气源热泵联合供热系统进行
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随着人类活动对气候的影响加深,全球平均温度正以飞快的速度上涨,人类的潜在风险正在加大。2020年9月,我国宣布了“碳中和”目标,因此要合理选择中国净零碳的基本路径。其一要从本质上减碳、去碳,调整能源基本结构;其二要大幅提升零碳能源的使用率,提高其使用占比。其三要推动低碳技术研发力度,并推广使用成熟的低碳技术。为了提高太阳能利用率、降低采暖期间碳排放量,本文针对现有太阳能与空气源热泵联合供热系统进行运行策略优化设计,针对分时段运行策略的不足,提出了控温分时段运行策略和预测动态运行策略,以达到根据末端需求按需供热、调控大小水箱合理蓄热、调配大小水箱供热以及最大限度吸收太阳能热源供热的目的。建立联合供热系统的TRNSYS仿真模型以及实验平台,并通过实验数据验证模型的正确性。基于仿真模型对系统在不同的运行策略、不同的天气条件、不同的末端供水温度的条件下的性能探究,并根据系统的运行时长、总能耗、系统制热性能系数等各项性能参数,进行经济性、节能性、环保性分析。实验结果表明,相比于分时段运行策略,预测动态运行策略下空气源热泵加热系统运行时长缩短54.3%、系统制热性能系数提高21.3%,而且在预测动态运行策略下室内温度的变化幅度最小,提高了舒适度,证明了预测动态运行策略的优势。该系统在严寒的典型地区哈尔滨和夏热冬冷的典型地区南京运行时,在预测动态运行策略下相比于其它两种策略,其太阳能集热效率分别提高6.3%和7.8%,系统总能耗分别降低42.3%和52.7%,系统制热性能系数分别提高30.4%和42.2%。在满足室内供热需求的前提下,若降低末端供水温度至37℃,系统总能耗可降低13.6%,系统制热性能系数可提高29.7%,太阳能集热器集热效率可提升30.0%。因此适当调低水温减少空气源热泵的启动时间,从而提高太阳能集热系统的优先级,增加太阳能的利用率,从而降低能耗。该太阳能与空气源热泵联合供热系统在三个地区运行时,预测动态运行策略相比于分时段运行策略和控温分时段运行策略对系统的经济性、节能性、环保性均有明显提高。平均系统静态投资回收期为4.4年,平均节能率为72.8%,平均常规能源替代量为1229.8MJ。
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