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近年来,太阳能热水系统越来越多地被采用实现工业生产以及用于日常生活,由于太阳能的不稳定、不连续性,各种不同的辅助热源系统正在被研究和改进,空气源热泵作为一种高效的装置用作太阳能热水系统的辅助热源有着独特的优势。
空气源热泵辅助的太阳能热水系统的控制运行与很多因素有关,包括太阳辐射能、集热器效率、空气源热泵的能效比、蓄热水箱的保温率等,而这些相关因素又与环境的干湿球温度、系统运行时间以及水温等因素有关。本文通过对南京高淳县人民医院的普通病房及后勤楼的定时供水系统进行建模,利用太阳辐射能与空气源热泵输入能量之和与水体能量增加和水箱散热损失能量之和相等的基本思路,分析影响热水系统运行的各个因素,整合热水系统的微分方程,根据预判的天气情况,模拟冬夏两季的系统运行,结果发现,夏季除了阴雨天气,太阳能基本能满足热水负荷,冬天则不管在何种天气条件下必须开启空气源热泵,根据不同的天气状况控制空气源热泵的启停以及运行时间。
传统的太阳能热水系统通过控制集热器进出口温差进行强制循环的运行策略来加热,造成可用能量的损失,本文通过实验研究热水循环的控制方式得出,与传统的间歇式运行模式相比,采用相对较小连续定流量运行更加合理,流量越小,可以得到的可用能越多,而与定流量的控制模式相比,使用变频水泵保持蓄能入口温度恒定的控制方式热分层更加明显,得到的可用能量更多,同时更换蓄能、用能的进出口结构进行比较得到,更好的进出口结构可以减少热冷水混合对热水分层更加有利。
本文还通过全生命周期的经济性分析方法对整个空气源热泵辅助的太阳能热水系统进行经济性分析,与使用传统能源作为辅助热源的热水系统相比,虽然太阳能热水系统的初始投资更大,但具有更高的经济性,同时也可以得到较短的投资回报期限,表明太阳能热水系统具有很好的市场前景。