基于储热调控的太阳能区域供热供冷系统优化配置

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中国太阳能资源分布较广,且较丰富。大力开发太阳能资源用于建筑采暖和空调有助于优化建筑用能结构,推动“城乡建设碳达峰行动方案”工作。太阳能热利用效率低是当前亟待解决的关键问题。本文结合太阳能分布特点和建筑冷热负荷分布特点,根据梯级用能原理提出了一种新的基于储热调控的太阳能区域供热供冷模式,并采用理论研究和数值计算相结合的方法研究了常规区域供热供冷系统(模式一)、基于单效溴化锂吸收式热泵的太阳能区域供热供冷系统(模式二)、基于半效溴化锂吸收式热泵的太阳能区域供热供冷系统(模式三),以揭示其系统优化配置规律。模式一为传统建筑供热供冷模式,其热源和冷源分别采用燃气锅炉和电动压缩式制冷机。模式二的热源站包括太阳能集热器矩阵和坑式蓄热水池,能源站包括单效溴化锂吸收式热泵、水-水换热器、电动压缩式制冰机、分布式蓄冰罐和电动压缩式制冷机,其中单效溴化锂吸收式热泵与水-水换热器在冬季耦合运行,在夏季解耦运行。相对于模式二,模式三的不同之处在于能源站的半效溴化锂吸收式热泵替代了单效溴化锂吸收式热泵。研究结果表明,半效溴化锂吸收式热泵通过构建两个溶液循环系统和三个运行压力实现低温热能的梯级高效利用,其驱动热源温度显著低于单效溴化锂吸收式热泵。这有助于增大太阳能集热器集热效率和热利用效率,提高系统热力性能。对于模式二,随着一次供水温度升高,能源站中单效溴化锂吸收式热泵与水-水换热器的配置比例先减小再增大。对于模式三,随着一次供水温度升高,能源站中水-水换热器与半效溴化锂吸收式热泵的容量配置比例减小,系统年化石能源利用率和系统年产品(火用)效率增大。对于模式二和三,一次供/回水优化设计温度为95℃/25℃。从全工况运行分析来看,模式三对太阳能的利用率最高,年太阳能保证率可达78.77%。当一次网输热距离为20 km时,模式二和模式三的ASCOP分别为模式一的4.50倍和4.87倍。与模式一相比,模式二和模式三的供热成本分别降低89.71%和90.23%,供冷成本分别降低约52.76%和58.77%。与常规区域供热供冷模式相比,模式二和模式三的年二氧化碳排放量可分别减少约68.89%和69.93%。在三种模式中,基于半效溴化锂吸收式热泵的太阳能区域供热供冷模式的能源效益、环保效益、经济效益最佳,其用能方式最先进,系统配置最优。这将为太阳能资源开发与利用提供了新思路、新方案。
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