光伏-太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題研究

本項(xiàng)目突破傳統(tǒng)的被動(dòng)式太陽(yáng)能光電/光熱綜合利用思路，把熱泵循環(huán)和光電/光熱轉(zhuǎn)換有機(jī)結(jié)合在一起，提出了光伏-太陽(yáng)能熱泵（PV-SAHP）系統(tǒng)的思想，PV-SAHP系統(tǒng)以太陽(yáng)輻照為驅(qū)動(dòng)熱源，可以同時(shí)向建筑物提供熱能和補(bǔ)充光伏電力。在PV-SAHP系統(tǒng)中，由于光伏電池在工質(zhì)蒸發(fā)的低溫條件下進(jìn)行工作，系統(tǒng)具有較高的光-電效率；同時(shí)，熱泵循環(huán)以太陽(yáng)輻照作為蒸發(fā)熱源，性能系數(shù)（COP）也明顯提高。本項(xiàng)目結(jié)合P 2100433B

本項(xiàng)目把采用相同工質(zhì)的熱管循環(huán)、熱泵循環(huán)與太陽(yáng)能光電/光熱綜合利用技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提出了光伏-太陽(yáng)能熱泵/熱管復(fù)合(PV-SAHP/HP)系統(tǒng)的思想。PV-SAHP/HP系統(tǒng)以太陽(yáng)輻照、空氣為主輔熱源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活熱水及提供光伏電力等功能。由于工質(zhì)的蒸發(fā)冷卻使得光伏電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，以太陽(yáng)輻照為熱源，熱泵的性能系數(shù)得以明顯提高；另外，由于具有熱管運(yùn)行模式，大幅度減少了熱泵的運(yùn)行時(shí)間和耗電量。本項(xiàng)目結(jié)合PV-SAHP/ HP復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行特性，對(duì)如下問(wèn)題進(jìn)行研究：系統(tǒng)工質(zhì)充注量對(duì)熱管、熱泵熱力循環(huán)的影響；蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響；系統(tǒng)不同應(yīng)用模式下的切換控制原則；光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、熱管循環(huán)與熱泵循環(huán)四者間的最佳熱力學(xué)關(guān)系等問(wèn)題。研究結(jié)果可為PV-SAHP/HP復(fù)合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能分析提供指導(dǎo)性參考，具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值和工程應(yīng)用前景。

本項(xiàng)目把采用相同工質(zhì)的熱管循環(huán)、熱泵循環(huán)與太陽(yáng)能光電/光熱綜合利用技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提出來(lái)光伏-太陽(yáng)能熱泵/熱管復(fù)合（PV-SAHP/HP）系統(tǒng)的思想。PV-SAHP/HP系統(tǒng)以太陽(yáng)輻照、空氣為主輔熱源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活熱水及提供光伏電力等功能。由于工質(zhì)的蒸發(fā)冷卻使得光伏電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，以太陽(yáng)輻照為熱源，熱泵的性能系數(shù)得以明顯提高；另外，由于具有熱管運(yùn)行模式，大幅度減少了熱泵的運(yùn)行時(shí)間和耗電量。該系統(tǒng)可以提高太陽(yáng)能的利用率，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能應(yīng)用更好的集成化，無(wú)論是在民用還是工業(yè)應(yīng)用上都具有非常好的前景。本項(xiàng)目結(jié)合PV-SAHP/ HP 復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)行特性，對(duì)系統(tǒng)工質(zhì)充注量對(duì)熱管、熱泵熱力循環(huán)的影響；光伏蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響；不同季節(jié)、不同氣象條件下系統(tǒng)的性能及系統(tǒng)全年的性能進(jìn)行了模擬；系統(tǒng)不同應(yīng)用模式下的切換控制原則；光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、熱管循環(huán)與熱泵循環(huán)四者間的最佳熱力學(xué)關(guān)系等基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行研究。建立了光伏蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)兩相流動(dòng)傳熱模型，對(duì)光伏蒸發(fā)器的進(jìn)行了管路優(yōu)化設(shè)計(jì)；建立了熱泵系統(tǒng)的系統(tǒng)模擬模型，對(duì)熱泵系統(tǒng)的幾大關(guān)鍵部件如壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥（毛細(xì)管）等進(jìn)行了模擬優(yōu)化；建立了熱管式蒸發(fā)器的傳熱模型，對(duì)熱管數(shù)量、吸熱材料、光伏覆蓋率等問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；建立了熱泵熱管復(fù)合系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合模擬對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化；建立了環(huán)形熱管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)不同充注量下熱管制熱水的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出了系統(tǒng)的最佳充注量；對(duì)熱管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)進(jìn)行了全年的模擬，得出了在合肥典型氣象年參數(shù)下熱水器的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間和可節(jié)約的能量，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)；對(duì)熱管式PV/T有無(wú)玻璃蓋板對(duì)系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。以上工作內(nèi)容為PV-SAHP/HP 復(fù)合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能分析提供指導(dǎo)性參考，具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值和工程應(yīng)用前景。項(xiàng)目組完成了課題申請(qǐng)中的全部研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容。 2100433B

絕熱演化作為一種新型量子計(jì)算模型，當(dāng)它剛被提出時(shí)就受到了廣泛的關(guān)注。本文在相關(guān)絕熱計(jì)算研究的基礎(chǔ)上，考慮了在絕熱量子計(jì)算環(huán)境下，絕熱搜索算法中若干關(guān)鍵問(wèn)題，研究了絕熱演化路徑的適用性、絕熱算法的量子線路模型、先驗(yàn)概率分布對(duì)設(shè)計(jì)高效絕熱算法的作用、推廣量子態(tài)保真度與絕熱算法性能之間關(guān)系等。 本文得到的主要結(jié)論是： 1．討論了一般化模型插值路徑在絕熱計(jì)算中的局限性。研究發(fā)現(xiàn)，即使系統(tǒng)的保真度不為零，若該模型被賦予不恰當(dāng)?shù)膶?shí)例，相對(duì)常規(guī)類型絕熱演化，所得到絕熱計(jì)算將無(wú)優(yōu)勢(shì)甚至可能完全失效，即算法時(shí)間復(fù)雜度無(wú)無(wú)窮大，從而提示我們?cè)谠O(shè)計(jì)絕熱算法時(shí)，此類型演化路徑的使用并不能隨意。 2．首次全面地研究了額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量在絕熱計(jì)算中的實(shí)用性，即經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量形式固定時(shí)，若其前面系數(shù)配置不當(dāng)?shù)脑?，所得絕熱算法將會(huì)完全失效；當(dāng)系統(tǒng)絕熱演化路徑形式相對(duì)固定，但允許額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量形式變化時(shí)，僅特定形式的額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量可以被用來(lái)提高絕熱算法效率，而此形式正好為已知幾乎所有文獻(xiàn)中所廣泛使用，從而給出這一現(xiàn)象的一種很好解釋。 3．解決了全局絕熱演化的正確量子線路實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，所獲的線路模型下時(shí)間分片數(shù)與絕熱算法的時(shí)間復(fù)雜度是一致的，而之前能夠得到的結(jié)論是局部絕熱計(jì)算的演化時(shí)間是與其對(duì)應(yīng)量子線路模型實(shí)現(xiàn)時(shí)的時(shí)間分片數(shù)相吻合的；基于此，首次給出一種非線性絕熱演化的量子線路模型實(shí)現(xiàn)。 4．將常規(guī)絕熱搜索算法中所有數(shù)據(jù)元素等幅疊加方式看成是以這些數(shù)據(jù)元素的先驗(yàn)概率分布方式組織時(shí)的特殊情形，研究了數(shù)據(jù)元素的先驗(yàn)概率分布對(duì)絕熱算法性能的影響。并且發(fā)現(xiàn)，若適當(dāng)利用這些先驗(yàn)概率分布的信息，相應(yīng)的絕熱算法性能可以大大得到改善。 5．改進(jìn)了相關(guān)文獻(xiàn)給出布爾函數(shù)估計(jì)的絕熱算法設(shè)計(jì)，得到即使不添加輔助驅(qū)動(dòng)哈密頓量的常規(guī)絕熱演化亦能夠于常數(shù)時(shí)間復(fù)雜度內(nèi)實(shí)現(xiàn)布爾函數(shù)估計(jì)的目標(biāo)。 6. 證明了具有一般化模型的絕熱演化同樣可以利用系統(tǒng)初末態(tài)之間的保真度來(lái)估算對(duì)應(yīng)算法時(shí)間復(fù)雜度，從而可以擺脫依賴絕熱定理來(lái)估算絕熱算法時(shí)間復(fù)雜性度的限制，同時(shí)也為估算絕熱計(jì)算所需關(guān)鍵系統(tǒng)資源提供導(dǎo)向作用；另一方面，這一研究結(jié)果也可以看成是對(duì)之前相關(guān)文獻(xiàn)中提出相關(guān)公開(kāi)問(wèn)題的一個(gè)部分回答。