高校太阳能热水系统的优化设计及运行策略研究
太阳能热利用系统的优化设计
太阳能热利用系统的优化设计在当今能源需求不断增长和环境问题日益严峻的背景下，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其热利用系统的优化设计具有重要的意义。
太阳能热利用系统能够将太阳能转化为热能，为我们的生活和生产提供热水、供暖等服务，有效地降低了对传统能源的依赖，减少了温室气体的排放。
太阳能热利用系统主要由太阳能集热器、储热装置、传热介质、控制系统等组成。
要实现系统的优化设计，需要综合考虑多个因素，包括太阳能资源的分布和特点、用户的需求、系统的成本和效率等。
首先，太阳能资源的评估是优化设计的基础。
不同地区的太阳能辐射强度和日照时间存在差异，因此在设计之前需要对当地的太阳能资源进行详细的监测和分析。
通过收集历史气象数据、进行实地测量等手段，获取准确的太阳能辐射信息，从而为系统的规模和布局提供依据。
其次，太阳能集热器的选择和设计至关重要。
常见的太阳能集热器有平板型集热器和真空管集热器。
平板型集热器结构简单、成本较低，但在低温环境下效率相对较低；真空管集热器则具有较高的集热效率，尤其是在寒冷的气候条件下表现出色，但成本相对较高。
在优化设计中，需要根据具体的应用场景和预算来选择合适的集热器类型。
同时，集热器的安装角度和朝向也会影响其接收太阳能的效果。
一般来说，在北半球，集热器应朝向正南方向，安装角度应等于当地的纬度加上10 至 15 度，以最大程度地提高太阳能的收集量。
储热装置是太阳能热利用系统中的重要组成部分，它能够在太阳能充足时储存多余的热量，在太阳能不足时释放出来，保证系统的稳定运行。
储热介质的选择直接影响储热装置的性能和成本。
常见的储热介质有水、相变材料等。
水作为储热介质成本低、来源广泛，但储热密度相对较低；相变材料具有较高的储热密度，但成本较高。
在实际应用中，可以根据系统的需求和经济条件选择合适的储热介质。
此外，储热装置的容量也需要根据用户的用热需求和太阳能资源的波动情况进行合理设计，以避免热量的浪费或不足。
太阳能热水系统的设计与优化
太阳能热水系统的设计与优化1. 引言太阳能热水系统是一种利用太阳能将水加热的系统，被广泛应用于家庭、商业和工业领域。
本文将探讨太阳能热水系统的设计与优化，从组成部分、工作原理、设计要点和优化策略等方面进行论述。
2. 组成部分2.1 太阳能集热器太阳能集热器是太阳能热水系统的核心组件，负责将太阳辐射能转化为热能。
常见的太阳能集热器包括平板式集热器和真空管集热器，其材质、结构和制造工艺都会对系统的性能产生影响。
2.2 热水储存装置热水储存装置用于储存太阳能热水系统产生的热水，以满足用户的热水需求。
常见的热水储存装置包括储水罐和热水水箱，其容量、保温性能和材质选择对系统的效率和稳定性有重要影响。
2.3 运动装置运动装置包括水泵、控制阀和管路等，用于将热水从太阳能集热器传输至热水储存装置。
运动装置的设计要考虑管路的阻力、水泵的功率和控制系统的精度，以确保正常运行和高效能转换。
3. 工作原理3.1 辐射能吸收与传导太阳能集热器通过吸收太阳辐射能，将其转化为热能。
光线穿过集热器的覆盖层，在吸热板上被吸收，然后通过传导传递给管道中的工质。
3.2 热质交换与热储存通过运动装置，热水从集热器传输至热水储存装置。
在储存装置中，热水通过保温层的隔热作用，保持一定的温度和热量，并等待用户的使用。
4. 设计要点4.1 太阳辐射条件分析在设计太阳能热水系统之前，需要对安装地点的太阳辐射条件进行分析。
太阳辐射的强度、角度和方向都会对系统的输出产生影响，合理选择集热器的朝向和倾角能够提高系统的效率。
4.2 大小与容量匹配太阳能热水系统的集热器面积和热水储存装置的容量需要与用户的需求相匹配。
过大的面积和容量会造成资源浪费，过小则无法满足用户的需求，因此需要根据具体情况进行合理选择。
4.3 组件选择与布局选择高效的太阳能集热器和合适的运动装置是系统设计的关键。
同时，合理的组件布局和管路设计可以减小管道阻力和热损失，提高系统的工作效率。
太阳能热利用系统的研究与优化
太阳能热利用系统的研究与优化随着环境保护意识的不断提高，可再生能源的应用越来越受到重视。
而太阳能作为一种最常见、最广泛利用的可再生能源之一，其热能的利用方式也是一个备受关注的领域。
太阳能热利用系统是一种以太阳能热能为基础的热能利用系统，其在热水、采暖和制冷等领域都有广阔的应用前景。
近年来，太阳能热利用系统的研究和应用不断增加，不仅涵盖了材料、设计、制造、安装、调试等多个方面，而且在提高热效率、节能降耗、延长设备使用寿命等方面也有了很大的发展。
特别是通过太阳能热板集热技术，太阳能热水器已经广泛应用于家庭、学校、酒店、游泳馆、医院等公共场所，取得了显著的经济效益、社会效益和环保效益。
太阳能热利用系统的研究和优化主要包括以下几个方面：1.系统设计与制造系统设计和制造是太阳能热利用系统的关键环节，也是影响其热效率和使用寿命的重要因素。
传统的太阳能热水器大多采用平板集热器，但其热效率较低，体积大，仅适用于低温热水的供暖系统。
而在新型太阳能热利用系统中，采用真空管吸热式太阳能热水器、太阳能空调系统、太阳能蓄热供暖系统等技术，进一步提高了系统的热效率和使用寿命。
其中，真空管吸热式太阳能热水器的热效率可达到70%以上，且传热速度快、抗风压能力强，广泛应用于家庭和商业场所。
2.集热器材料与加工工艺集热器材料和加工工艺是太阳能热利用系统研究的另一重要方面。
选择合适的集热器材料，如铜、铝等金属及其合金，或高温陶瓷、太阳能选择性吸收涂料等，可有效提高集热效率。
同时，采用新型加工工艺，如激光切割、氩弧焊接等技术，也能有效提高集热器的精度和耐用性。
目前，国内外研究者已经在太阳能热利用系统中应用了多种新型材料和工艺，取得了显著的效果和经济效益。
3.热储存和回收技术热储存和回收技术是提高太阳能热利用系统热效率和使用寿命的重要环节。
热储存技术主要采用热水储存罐和热储存罐两种方式，通过水或其他流体的储存和再利用，实现太阳能热利用系统的长期供热。
太阳能供暖系统的设计和优化研究
太阳能供暖系统的设计和优化研究第一章引言太阳能是一种洁净的、免费的、无限的能源，被广泛应用于热水、电力和空调等领域。
然而，在供暖领域，太阳能的应用却受到了一定的限制。
本文旨在研究太阳能供暖系统的设计和优化，探讨如何在太阳能不足或天气恶劣情况下提高供暖系统的效率和稳定性，促进太阳能在供暖领域的利用。
第二章太阳能供暖系统的设计2.1太阳能集热器太阳能集热器是太阳能供暖系统的核心部件，主要是将太阳能转化为热能并输送至预热器或储热器。
太阳能集热器分为平板式和真空管式两种，平板式集热器结构简单、操作稳定、可靠性高，是常见的太阳能供暖系统集热器。
而真空管式集热器采用真空玻璃管，具有良好的气密性和保温性，表现更好于平板式集热器。
2.2热水预热器太阳能供暖系统的热水预热器用于预热供暖系统的进水，并降低供暖系统对传统热源的依赖性。
热水预热器分为应用热交换器和加热元件加热的两种，应用热交换器预热器更加节能，但加热元件加热的预热器更加稳定。
2.3储热器储热器是太阳能供暖系统中储存热能的装置，可以在太阳能不足或天气恶劣情况下提供连续的供暖。
储热器分为水箱式和地暖式储热器，水箱式储热器结构简单、操作方便，地暖式储热器则能够更好地适应供暖系统的多样化需求。
第三章太阳能供暖系统的优化3.1系统能效优化系统能效优化主要是通过优化各个部件的结构和参数设计，实现太阳能供暖系统整体能效的提升。
此外，还需要考虑不同地区的气候条件和太阳辐射，以确定最佳的集热器类型和数量、预热器的加热方式和热水储热的容积等参数。
3.2系统运行平稳性优化太阳能供暖系统的运行平稳性主要考虑在天气恶劣情况下系统的稳定性，如何保证系统在夜晚或阴雨天气中能够正常通水、储热，并在太阳能恢复后自动启动供暖系统。
此外，还需要考虑系统运行的智能化和自动控制，能够根据室内外温度、天气情况和太阳能辐射量智能化地控制系统的运行。
3.3系统成本优化太阳能供暖系统的成本优化主要是从材料和制造工艺上考虑，如采用节约成本的材料、精简部件结构、降低生产周期等方式，以提高系统性价比。
太阳能热水系统的性能优化研究
太阳能热水系统的性能优化研究太阳能作为一种清洁、可再生的能源，在热水供应领域的应用越来越广泛。
太阳能热水系统通过收集太阳能并将其转化为热能，为用户提供热水，具有节能、环保等优点。
然而，在实际应用中，太阳能热水系统的性能受到多种因素的影响，如天气条件、集热器效率、水箱保温性能等。
为了提高太阳能热水系统的性能，满足用户的需求，需要对其进行深入的研究和优化。
一、太阳能热水系统的组成和工作原理太阳能热水系统通常由集热器、水箱、循环管道、控制器和辅助能源等部分组成。
集热器是太阳能热水系统的核心部件，其作用是收集太阳能并将其转化为热能。
常见的集热器有平板型集热器和真空管集热器两种。
平板型集热器结构简单，成本较低，但集热效率相对较低；真空管集热器集热效率高，但成本较高。
水箱用于储存热水，一般采用保温材料进行保温，以减少热量损失。
循环管道用于连接集热器和水箱，使热水在系统中循环流动。
控制器用于控制太阳能热水系统的运行，如控制循环水泵的启停、辅助能源的切换等。
辅助能源通常在太阳能不足时启动，以保证热水的供应。
太阳能热水系统的工作原理是：当阳光照射到集热器上时，集热器内的工质（如水或防冻液）吸收太阳能温度升高，然后通过循环管道进入水箱，将热量传递给水箱中的水。
水箱中的水被加热后，通过用户管道供应给用户使用。
当太阳能不足时，控制器会启动辅助能源，如电加热器或燃气热水器，以保证热水的供应。
二、影响太阳能热水系统性能的因素（一）天气条件天气条件是影响太阳能热水系统性能的最重要因素之一。
阳光的强度、日照时间和天气的阴晴都会直接影响集热器收集到的太阳能热量。
在晴天，阳光充足，集热器能够收集到大量的太阳能，系统性能较好；而在阴天或雨天，阳光不足，集热器收集到的太阳能较少，系统性能会受到较大影响。
（二）集热器效率集热器的效率直接决定了太阳能热水系统的性能。
集热器的效率受到集热器类型、结构、材料和制造工艺等因素的影响。
例如，真空管集热器的效率通常高于平板型集热器，因为真空管能够更好地减少热量损失。
太阳能供热系统的优化设计与研究
太阳能供热系统的优化设计与研究第一章前言太阳能供热系统是目前广泛应用的一种清洁能源供应方式。
相比传统的火力发电和燃气供暖等方式，太阳能供热系统具有环保、节能、可再生等特点。
然而，由于太阳能的不稳定性和昼夜周期性，太阳能供热系统在实际应用中还存在一些问题，如热水温度波动、供水不足等。
因此，本文旨在对太阳能供热系统进行优化设计与研究，以提高其稳定性和效率。
第二章太阳能供热系统的结构与工作原理太阳能供热系统由太阳能集热器、热水储存器、循环泵、控制系统等组成。
其中，太阳能集热器是核心部件，其工作原理是利用太阳能将光能转化为热能，使水加热。
当太阳辐射强度较高时，太阳能集热器可以将水加热至高温，然后将热水储存在热水储存器中，供给用户使用。
循环泵的作用是将热水从热水储存器中抽出，经过散热后再回流至集热器中进行循环利用。
控制系统则负责对太阳能集热器、循环泵等进行控制，保持系统正常运行状态。
第三章太阳能供热系统存在的问题及解决方案3.1 热水温度波动问题太阳能供热系统在实际运行中存在热水温度波动问题，这主要是由于太阳辐射强度的不稳定性和季节变化引起的。
为解决这一问题，可以对太阳能集热器进行优化设计。
例如，可以采用双重结构的集热器，外层采用常规的集热器材料，内层使用高热容材料，增加集热器的热贮存能力，减小温度波动。
此外，在太阳辐射强度较弱时，可以通过控制系统调节循环泵的转速，减少热水流量，以保持温度稳定。
3.2 供水不足问题太阳能供热系统在一些地区可能存在供水不足的问题，这主要是由于太阳能集热器面积不足或太阳辐射不够强引起的。
为解决这一问题，可以增加太阳能集热器的面积，提高集热能力。
此外，可以采用带储热罐的太阳能供热系统，将多余的热能储存在热水储存器中，以备不时之需。
3.3 夜间供热问题太阳能供热系统在夜间无法正常运行，这会导致用户供热需求无法得到满足。
为解决这一问题，可以采用热泵等方式进行协同供热。
例如，可以在太阳能供热系统中增加热泵，将太阳能和地热能等多种能源进行集成利用，以保证夜间供热需求得到满足。
太阳能热发电系统的研究与优化设计
太阳能热发电系统的研究与优化设计近年来，能源问题越来越引起人们的关注。
传统的化石燃料能源日益枯竭，不仅面临极大的安全风险，还对环境造成了非常严重的污染。
而随着科技不断发展，我们逐渐开始了解太阳能热发电系统这一全新的能源解决方案。
太阳能热发电系统将太阳辐射转化为热能，利用热能驱动涡轮机带动发电机发电。
在太阳能的发电过程中，不会产生任何排放物，不存在任何环境污染问题。
同时，太阳能热发电系统具有操作简单、维护成本低等优点，这让它成为了越来越多国家和地区主推的新型能源解决方案。
但是，太阳能热发电系统仍然存在诸多问题，需要我们进行进一步的研究和优化设计。
在研究和优化太阳能热发电系统的过程中，我们可以从以下几个方面进行探讨。
首先，太阳能热发电系统的效率和性能一直是人们关注的问题。
目前，太阳能发电效率较低，这也限制了它的应用。
因此，如何提高太阳能发电效率是一项非常重要的工作。
在热转换方面，优化传热流体的流动方式和材料，提高热能传递效率是一个非常好的途径。
此外，热能的损失也是影响太阳能热发电效率的重要因素。
我们可以通过优化反射器设计、选择合适的热散热器等措施来降低这种热能损失。
其次，太阳能热发电系统的经济性和实用性也是我们需要考虑的问题。
虽然太阳能热发电系统本身具有非常大的优点，但是在实际应用中，其建设和运行成本仍然比较高。
因此，我们需要对太阳能热发电系统的经济性进行评估，并根据评估结果进行优化设计。
在经济性方面，我们可以通过降低成本、提高效益等方式来优化设计。
例如，选择性能更好、价格更实惠的太阳能热发电设备、降低运行成本等。
第三，太阳能热发电系统的可靠性和稳定性问题也需要我们进行研究。
在实际应用中，我们需要时刻保证太阳能热发电系统的可靠性和稳定性，确保其长期稳定运行。
因此，我们需要对太阳能热发电系统的安全性、可靠性、稳定性等方面进行全面评估，制定相应的优化方案。
在可靠性方面，我们可以考虑加强设备的维护、改进部件的设计、优化系统的控制策略等措施。
太阳能热水供应系统的优化设计
太阳能热水供应系统的优化设计太阳能热水供应系统的优化设计在当今社会中扮演着越来越重要的角色。
随着环保意识的不断提高和能源消耗问题日益严重，人们对可再生能源的需求也与日俱增。
太阳能作为一种清洁、环保的能源来源，被广泛应用于热水供应系统中。
然而，目前仍存在一些问题和挑战，如系统效率不高、设备成本过高等。
因此，如何优化太阳能热水供应系统的设计，提高系统的效率和稳定性，降低成本，成为了当前的研究热点之一。
一、太阳能热水供应系统的工作原理太阳能热水供应系统主要包括太阳能集热器、储水箱、循环泵、控制系统等组成部分。
系统的工作原理是利用太阳能集热器将太阳辐射能转换为热能，加热储水箱中的水，再通过循环泵将热水输送到用户处供应热水。
控制系统则对系统的运行进行监测和调控，确保系统正常工作。
二、太阳能热水供应系统的优化设计1.集热器的选用太阳能集热器是太阳能热水供应系统中最关键的组件之一，直接影响系统的热能转换效率。
在选用集热器时，需要考虑到集热效率、耐久性、成本等因素。
目前主流的太阳能集热器包括平板集热器、真空管集热器等，不同类型的集热器具有各自的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
2.水箱的设计水箱在太阳能热水供应系统中起着储存热水、保持水温稳定的作用。
水箱的设计应考虑到保温性能、材料选择、体积大小等因素。
合理的水箱设计可以有效提高系统的热水供应稳定性，减少能源消耗。
3.循环泵的性能循环泵在太阳能热水供应系统中起着输送热水的关键作用。
循环泵的性能直接影响系统的运行效率和稳定性。
因此，在选用循环泵时，需要考虑到泵的流量、扬程、耐用性等因素，以确保系统的正常运行。
4.控制系统的优化控制系统是太阳能热水供应系统中的大脑，负责监测和调控系统的运行。
一个高效的控制系统可以实现系统的智能化运行，提高系统的效率和稳定性。
控制系统的优化设计可以帮助系统更好地适应不同环境和使用条件，提高系统的整体性能。
三、太阳能热水供应系统的优势与挑战1.优势太阳能热水供应系统具有清洁、环保、可再生等优势，可以有效减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和环境污染。
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上 海 海 洋 大 学硕士学位论文题 目： 高校太阳能热水系统的优化设计及运行策略研究 英文题目： The research on optimization design of solar water heating system and operation strategy 专 业： 动力工程 研究方向： 节能设计与优化 姓 名： 张海 指导教师： 余克志 副教授二O 一六年四月 学校代码： 10264 研究生学号： M130252598上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。
论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。
本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密 □ ，在 年解密后适用本版权书。
本学位论文属于不保密□学位论文作者签名： 指导教师签名：上海海洋大学硕士学位论文 答辩委员会成员名单I 高校太阳能热水系统的优化设计及运行策略研究摘 要随着经济发展的快速提高、社会的不断进步，能源短缺和环境污染问题变得越来越严重。
寻找和利用新型可再生能源成为当今能源利用与发展的热门话题，我国开始大力提倡绿色出行，大量的电动汽车、太阳能路灯出现在我们的生活当中，太阳能发电、风力发电也应用的越来越多。
太阳能是一种清洁的可再生能源，它具有很大的发展潜力和利用空间。
学校是一个人口密集度很大且生活作息规律性很强的一个场所，非常适合推广新能源的应用，达到节能减排的目的。
本文主要对高校的太阳能热水系统进行优化设计以及对运行策略的研究。
以太阳能的热利用、空气源热泵的节能性、以及燃气锅炉的高效性为基础，对以空气源热泵及燃气热水锅炉辅助太阳能的热水系统进行研究，内容包含以下几点：(1) 以Visual Basic 为平台，目标是设计出以费用、碳排放、能耗量等为指标，开发根据太阳能集热器面积和空气源热泵输入功率大小不同逐一组合可以得出最优化结果的分析软件，并结合学校原先使用的燃气锅炉辅助太阳能热水系统，分析比较两个系统经济效益与社会效益的差异性。
结合上海一高校示范工程实例，在基于VISUAL BASIC 6.0平台下通过改变集热器面积、热泵输入功率及燃气锅炉容量大小进行求解它们的最佳匹配组合。
以初投资、年能耗、运行费用、碳排放量等为指标最终确定集热器面积为234m 2，空气源热泵输入功率25P ，燃气锅炉大小为7万大卡。
相对于学校原先使用的燃气锅炉辅助太阳能热水系统综合能耗减少37.81%，运行费用减少约39.2%。
(2) 利用TRNSYS 软件对空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统优化设计中软件开发所得出的结果进行仿真试验，分析得到了空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统的全年逐时运行特性，包括水泵出口温变、太阳能平板集热器出口温度、空气源热泵出口温度、燃气锅炉出口温度、水箱温度等的全年变化情况；水泵、空气源热泵机组、燃气锅炉等设备的全年开启情况；以及系统全年的水流量变化情况。
结果表明在集热器面积为234 m 2，空气源热泵输入功率25P ，燃气锅炉大小为7万大卡的匹配下能保证系统在节能的同时全年稳定运行。
并且根据系统全年的运行特性对空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统作出了全年的运行策略分析。
从初投资、运行费用、节能、环保等方面，本文对高校太阳能热水系统进行了相关的优化设计和软件开发以及模拟了系统全年的运行，对系统全年的运行特点作出了运行策略分析。
为其他地区校园太阳能热水的建设和改造提供了基础信息及选型参考方案，实现全面降低建筑用能水平的效益。
关键词：太阳能，空气源热泵，优化设计，TRNSYS仿真IIThe research on optimization design of solar water heatingsystem and operation strategyABSTRACTWith the rapid economic development and social progress, the problem of energy shortage and environmental pollution has become more and more serious. To find and use new and renewable energy become a hot topic in today's energy use and development, our country began to vigorously promote green travel, a large number of electric cars, solar street light in our life, solar power, wind power generation is applied more and more. Solar energy is a clean and renewable energy, it has great development potential and space. School is a large population density and a very strong regularity of life, very suitable for the promotion of new energy applications, to achieve the purpose of energy conservation and emission reduction. This paper mainly focuses on the research on optimization design of solar water heating system and operation strategy. To take advantage of solar heat, energy efficiency of air source heat pump, and gas boiler efficiency based to study of the air source heat pump and gas hot water boiler assistant solar energy hot water system, contains the following several points: (1) Based on Visual Basic platform, the goal is to design a cost, carbon emissions, energy consumption and other indicators, according to the analysis of software development of solar collector area and air source heat pump input power of different size one by one combination can get the best result, combined with the school had to gas boiler auxiliary solar water heating system, the difference between the two a system of economic benefit and social benefit analysis. Combined with an example of Shanghai University demonstration project, the optimal matching combination of the BASIC VISUAL 6 platform is solved by changing the area of the collector, the input power of the heat pump and the capacity of the gas boiler. In initial investment, annual energy consumption, operating cost, finally the measures on carbon emissions as the collector area is 234 m2, air source heat pump input power of 25 p, gas boiler size of 70000 calories. Relative school originally used gas boiler auxiliary solar hot water systemIIIcomprehensive energy consumption reduced by 37.81%, operation cost by around 39.2%.(2) Using TRNSYS software of air source heat pump and gas boiler assistant solar energy hot-water system optimization design software development from the results of simulation test and analysis of the air source heat pump and gas boiler assistant solar energy hot water system of all year hourly operating characteristics, including the variable temperature and the outlet of the water pump, heat exchanger outlet temperature, outlet temperature of air source heat pump, the outlet temperature of the gas boiler, a water tank temperature annual change of flat plate solar collector; equipment, water pump, air source heat pump, gas boilers, and other annual open; and the system as a whole water flow changes. The results revealed that the heat exchanger area 234 square meters, air source heat pump input power 25p, gas boiler size is 7 million kcal matching can guarantee system in energy saving at the same time all year round stable operation. And based on the operating characteristics of the system throughout the year, operation strategy for the whole year to the hot water system is analyzed.From initial investment, operating cost, energy saving, environmental protection and other aspects, this paper solar water heating system in Colleges and universities were related optimization design and software development and to simulate the operation of the system as a whole, the operation characteristics of the system as a whole made the operating strategy analysis. For the construction and renovation of the other area school garden solar hot water provides basic information and reference of the selection scheme, comprehensively reduce the level of building energy.KEY WORDS：solar，air source heat pump，optimization design，Trnsys simulationIV目录摘要 (I)ABSTRACT (III)第一章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2太阳能和太阳辐射 (3)1.3太阳能与热泵的综合节能利用 (4)1.4太阳能热水系统的国内外研究现状 (6)1.5本文研究的内容及意义 (7)第二章太阳能、空气源热泵及燃气锅炉热水系统的基本理论研究 (9)2.1太阳能热水系统的理论研究 (9)2.1.1太阳能热水装置类型 (9)2.1.2太阳能斜面上的太阳辐射总量 (13)2.1.3系统辅助热量的确定 (14)2.1.4集热器面积和连接方式的确定 (15)2.1.5上海地区太阳辐射资源的可利用性 (18)2.2空气源热泵热水系统的理论研究 (18)2.2.1空气源热泵原理 (18)2.2.2空气源热泵性能 (19)2.2.3上海地区空气能的利用 (21)2.3燃气锅炉热水系统的理论研究 (22)2.3.1燃气热水锅炉的类型 (22)2.3.2燃气热水锅炉的性能指标 (22)2.4空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统的理论研究 (23)2.4.1空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统 (23)2.4.2空气源热泵、燃气锅炉和太阳能热水节能对比 (23)2.4.3空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统运行方式 (24)2.5本章小结 (24)第三章高校太阳能热水系统优化设计的软件开发 (25)3.1用例建模 (25)3.1.1工程概况及负荷需求 (25)V3.1.2太阳能部分 (28)3.1.3空气源热泵部分 (29)3.1.4燃气锅炉部分 (31)3.2运行结果 (32)3.2.1全年能耗 (33)3.2.2锅炉供热量 (34)3.2.3碳排放 (35)3.2.4寿命期总费用 (36)3.3结果分析 (37)3.3.1优化结果 (37)3.3.2经济效益与环境效益 (38)3.4本章小结 (39)第四章高等院校太阳能热水系统的仿真实验及分析 (40)4.1TRNSYS 软件介绍 (40)4.1.1TRNSYS 软件开发背景 (40)4.1.2TRNSYS功能简介 (40)4.1.3TRNSYS主要模块 (40)4.2空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统设备 (41)4.3空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统的TRNSYS仿真模型 (42)4.3.1仿真模型的简化假设条件 (42)4.3.2空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统仿真模型的建立 (42)4.3.3热水系统中控制器的控制方法 (43)4.3.4仿真模型部件及参数 (45)4.4太阳能热水系统模型验证 (47)4.5空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统的实验结果及分析 (49)4.5.1空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统的全年温度变化 (49)4.5.2空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统控制信号变化 (53)4.5.3空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统的全年水流量变化564.5.4空气源热泵及燃气锅炉辅助太阳能热水系统的运行策略分析 (56)4.6本章小结 (58)第五章结论 (59)参考文献 (61)VI附录 (65)致谢 (74)作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文及成果 (75)VII1第一章 绪论1.1 研究背景及意义能源短缺和环境污染是全世界各个国家都将长期面临的两大难题，现在地球上人类对能源资源的消耗是日益增加的，这是由于人口的快速增长和科学技术的不断提高导致的必然结果[1]。