基于田口方法的太阳能耦合污水源热泵热水系统优化的研究
8页1、基于田口方法的太阳能耦合污水源热泵热水系统优化的研究简要:摘 要: 为提高太阳能耦合污水源热泵热水系统的太阳能保证率、 降低运行能耗, 文章提出了 SFEC 评价指标,利用 TRNSYS 软件建立了系统模型,并采用田口方法对影响该系统 SFEC 的 4 个因素进摘 要: 为提高太阳能耦合污水源热泵热水系统的太阳能保证率、 降低运行能耗, 文章提出了 SFEC 评价指标,利用 TRNSYS 软件建立了系统模型,并采用田口方法对影响该系统 SFEC 的 4 个因素进行试验设计;然后,对试验方案结果进行主效应及相关统计分析。 分析结果说明,因素的影响排序依次为太阳能集热面积/蓄热水箱体积(A/V)热泵机组容量恒温水箱体积太阳能集热器安装倾角。 根据最优参数组合对系统进行优化,优化后系统的年太阳能保证率平均值提高了 3.6%,年运行能耗降低了 4.52%。 文章研究成果可为太阳能与热泵耦合以及能源互补热水系统的设计与优化提供参考。关键词: 污水源热泵; 运行优化; 能源互补; 供热水; 田口方法王侃宏; 赵东雪; 罗景辉; 刘欢; 杨廷超, 可再生能源 发表时间:2022-11-160 引言太
2、阳能热利用是可再生能源利用的一个重要分支1,2。 由于能源充足且具有清洁性,因此,太阳能热利用受到广泛关注, 但因能量的不可持续和不稳定性, 太阳能热利用通常需要与其他技术结合使用3。 洗浴热水能耗占民用建筑能耗的 20%,洗浴后的废水含有大量低品位热量, 且具有水温稳定、 流量大的特点, 污水源热泵可花费少量电能,对低品位热量进行回收利用,这样既不会浪费能源,又可以防止水体热污染4。 宋伟设计了污水源热泵-太阳能热水供应系统,分析了在典型天气工况下,水箱温度和水量变化对系统运行的影响,并从能耗和运行费用方面, 说明了太阳能耦合污水源热泵系统的经济性较好, 突显了系统热源选择的优越性5。 白冰针对能耗方面比照分析了太阳能耦合污水源热泵系统与单一污水源系统, 并采用费用年值法验证了耦合系统的经济性较好6。邹小全从经济、 节能和环保方面说明了浴室使用太阳能耦合污水源热泵系统优于燃气锅炉, 并分析了集热面积、 太阳能集热器安装倾角及朝向和循环水箱各单一因素对系统费用方面的影响7。上述研究大都从经济和能效方面, 对太阳能耦合污水源热泵系统的优点进行了分析, 或对单一影响因素进行分析、优化,并没
3、有从各类因素对系统影响程度进行分析。 田口方法可控制干扰因素对试验的影响, 用较少的试验得到更加准确的分析结果,其可靠性高于正交方法,所需的试验次数少于全因子试验设计, 被广泛应用在电力、建筑、化学等领域810。 但田口方法未用于太阳能耦合污水源热泵热水系统优化领域。 本文基于邯郸地区某太阳能耦合污水源洗浴热水系统, 利用 TRNSYS 软件建立了系统模型。 通过将实际运行数据与模拟数据进行比拟, 验证了该模型的准确性。 本文从太阳能保证率与运行能耗角度建立了评价指标, 基于田口方法对影响评价指标的太阳能集热面积/蓄热水箱体积(A/V)、太阳能集热器安装倾角、 恒温水箱体积和热泵机组容量 4 个因素进行试验设计,对因素的影响程度进行排序,并对数据进行统计、分析,找到最正确因素参数组合对系统进行优化。1 系统模型建立与验证1.1 系统组成为了研究太阳能耦合污水源热泵热水系统(Solar -assist Sewage Source Heat Pump Coupling Hot Water System, SASSHPCHWS) 的影响因素,本文以邯郸地区某公共浴室为研究对象建立模型。公共浴
4、室分为 3 层,建筑面积为 2 491.5 m2 。每天 洗 浴 人 数 约 为 1 500 人 , 日 热 水 用 量 约 为 102.32 m3 ,浴室供热水温度为 42 。 每天浴池的开放时间为 10:00-12:00 和 15:00-21:00。太阳能耦合污水源热泵热水系统主要热源为太阳能和污水源热泵机组,辅助热源为燃气锅炉。 SASSHPCHWS 流程如图 1 所示。1.2 运行模式浴室洗浴供热水所需热量一局部由太阳能提供, 具体流程为将通过太阳能集热板集取到的热量储存到太阳能集热水箱; 再由循环水泵将太阳能集热水箱中的热量输送到恒温水箱, 用于加热恒温水箱中的水; 当恒温水箱内热水的温度满足洗浴要求后,热水输送泵开始工作,向浴室提供洗浴热水。另一局部热量是由污水源热泵提供,具体流程为先将洗浴后的低温废水过滤;然后,通过换热器集取低温废水中的热量, 再经循环水泵将集取到的热量供应热泵机组;最后,热泵机组经循环水泵将热量输送给恒温水箱, 由恒温水箱为末端用户提供热水。系统供热分为 3 种运行模式,第一种运行模式为当太阳辐射量充足时 (如夏季),浴室热水所需热量全部由太阳能提供;
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