通过热网提升太阳能空气源热泵性能

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中国沈阳建筑大学的研究人员提出了一种基于太阳能空气源热泵(SASHP)且由热网支持供热的新型供暖系统用于严寒地区。基于热网的太阳能空气源热泵耦合供暖系统(NH-SASHP)采用热网作为辅助负荷,在夜间保持低负荷供热,并在高供暖需求时段减轻热泵的电力负担。

该科研小组表示:“在清洁能源供暖应用中,中国严寒地区的热源稳定性阻碍了冬季低碳供暖的发展。为确保传统能源向清洁能源供暖模式顺利转型,我们以中国寒冷地区一栋办公楼的供暖系统为研究对象,探索了传统能源和清洁能源耦合供暖系统的可行性。”

该研究首先实地考察了中国东北地区沈阳一栋办公楼中的供暖系统使用情况。目前,这栋236平方米的建筑物采用空气源热泵(ASHP)加热到20℃的温度。研究人员分析了ASHP在1月份(平均温度为-12.23℃)最寒冷时段的性能,结果发现三层楼中有两层未能达到20℃的目标温度。

他们指出:“加热温度未达到设计要求的原因有三个。首先是ASHP设备的容量不足。其次夜间没有供暖。再者,ASHP的供热能力受到环境温度的影响严重。”

为了解决这些问题,该团队基于从建筑物收集的数据提出了一种使用TRNSYS软件模拟的NH-SASHP装置。其最大供热能力为15千瓦,最大输入功率为5.19千瓦,最大性能系数(COP)为3.66。模拟集中供暖的热负荷为30千瓦,换热面积为0.7平方米。太阳能集热器的面积为127平方米,储水箱的体积为1立方米。

这套系统被配置成在室温降至20℃以下时使用ASHP。当太阳能集热器入口和出口之间的温差超过8℃时,系统开始工作;当温差低于2℃时停止。热网主要在室温降至16℃以下的夜间启动,当室温达到18℃时则停止工作。在供暖月份,-5.39℃的平均室外温度、1004.48千焦/小时/平方米的太阳辐射强度促使系统开始工作。

科研人员表示:“在供暖季节,NH-SASHP系统的总用电量为4629.82千瓦时。与ASHP和SASHP系统相比,分别减少了4779千瓦时和2463.73千瓦时,且能效分别达到50.79%和34.73%。太阳能贡献率在35.47%-64.85%之间波动。而太阳能贡献率越大,NH-SASHP系统的COP提升越大。”

研究结果表明,拟议系统的COP范围从4.25到10.11不等。在3月份,NH-SASH系统COP的提升范围最大,比ASHP系统高出166.75%。研究结果显示,NH-SASHP的运行成本为7568元人民币(1045美元),相当于ASHP系统的72.3%和SASHP系统的81.5%左右。

科研小组在《能源与人工环境》上发表了题为《关于中国严寒地区基于热网的太阳能空气源热泵耦合供暖系统的研究》的论文,其中详细介绍了这种系统。

来源:www.pv-magazine.com

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