太阳能-燃气壁挂炉供热系统优化设计研究

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1、太阳能-燃气壁挂炉供热系统优化设计研究ResearchonOptimizationDesignofSolarEnergy-GasfiredBoilerSystemforDecentralizedHeating学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程作者姓名：张梦婷指导教师：由世俊教授天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月摘要我国北方农村地区的散煤燃烧不仅效率较低还引起了空气污染等环境问题；我国南方特别是长江中下游的城市的供暖呼声日益高涨，但传统的集中供暖方式并不适用南方，本文研究的太阳能-燃气壁挂炉供热系统利用了可再生和清洁能源，可作为建筑供热系统的

2、一种选择。论文首先对太阳能-燃气壁挂炉供热系统的各设备单元和储热水箱建立非稳态的数学模型，利用Matlab软件对数学模型进行编程求解，计算各单元的供热量和能耗。搭建了太阳能-燃气壁挂炉供热系统的实验平台，通过对储热水箱水温、太阳能工质进出水箱温度和供暖循环水进出水箱温度全天运行的实验值和模拟值的对比，验证所建数学模型的正确性。其次，在满足用户供暖和生活热水负荷的条件下，以太阳能集热器面积、储热水箱容积、燃气壁挂炉的形式及型号和太阳能集热循环的启停温差为变量，用正交实验法筛选出各变量不同水平的方案，利用数学模型求解各方案的全年运行状况，分别以费用年值、全

3、年综合能效比为目标函数，对我国五大典型气候区的代表城市的太阳能-燃气壁挂炉供热系统进行优化。最后，在太阳能-燃气壁挂炉供热系统的的优化范围内研究各设备单元容量和控制策略对系统的全年综合能效比和费用年值的影响敏感度，并对敏感度进行排序。本文的研究成果为我国太阳能-燃气壁挂炉供热系统的优化设计和生产使用提供了参考，利于太阳能-燃气壁挂炉供热系统的推广和应用。关键词：太阳能-燃气壁挂炉供热系统，数学模型，系统优化设计，敏感度IABSTRACTWiththedevelopmentofthesociety,theenvironmentaldeterioratio

4、nandtheenergyshortagehasbecometheprimarypeoblem.TheenvironmentalprobleminthenorthernespeciallyintheJingJin-Jiregionisserious.TheheatingdemandofpeopleinthesouthcitiesespeciallyintheYangtzeRiverareasisgraduallyexpanding.Usingpollution-freeandrenewableenergytoprovidedomestichotwate

5、randheatingforthebuildingisthekeytosolvetheproblem.Inthispaper,weproposedacombinationsystemfordecentralizedheating,whichconsistofthesolarcollector,theheatstoragetank,gas-firedheatingandandhotwatercombi-boiler.Theresearchonoptimizationdesignofthissystemhasbeendone.Firstofall,thep

6、rincipleofthesolarenergy-gasfiredboilersystemhasbeendetermined,theunsteadymathematicalmodeloftheheatingunitsandtheheatstoragetankhavebeenestablishedtocalculatetheenergyprovidedbyeachunit.Theexperimentplatformofthethehybridenergysystemhasbeensetup.Thevalidityofthemodelwasverified

7、byexperiment.Secondly,theoptimizationdesignofthesystemhasbeendone.Takingtheannualcomprehensiveenergyefficiencycoefficientandtheannualtotalcostastheobjectivefunctionrespectively.Theorthogonalexperimentmethodandthemathematicalmodelofthesystemhavebeenadoptedinthispapertocalculateth

8、eannualcomprehensiveenergyefficiencycoefficient