太阳能—空气源复合热泵机组性能研究

【摘要】：近年来,随着节能减排及污染防治需求的加大,能源的多能互补应用渐成趋势。太阳能受地域、天气的影响较大,不能很好满足用能需求,空气源低温适应性能差,两者结合可更好实现用能互补。本文设计了一种新型换热器,在冬季运行时,空气先经过介质为太阳能热水的一排管,提高了空气温度,然后经过介质为制冷剂的一排管,使蒸发温度提高,提高了机组的COP；能比较有效地解决传统热泵空调装置室外换热器在冬季运行时效率低,结霜、除霜动作频繁的问题,提高了机组冬季运行时的可靠性,具有高效的特点。该设计特点可以有效改善空气源热泵冬季的运行工况,减少或避免空气源热泵的结霜,这既可以保证系统运行效率,又达到了节能的目的。具有重大的社会和经济效益,有很大的开发、应用潜力。本文首先通过EVCP-COND换热器模拟软件对翅片式换热器支路数、流路布置形式进行模拟优化,以此确定换热器最优支路数。并通过对三种不同流路管路形式进行优化,得到最优的换热器流路布置方式,以此为依据确定换热器布置形式。对采用该新型换热器制热量为60Kw的机组在焓差实验室进行实验,对单一空气源供热运行性能以及双热源运行时机组性能进行了研究。重点分析空气源单独供热时风机风量以及环境温度对蒸发器出口制冷剂温度、蒸发器出口空气温度、机组制热量、总输入功率、能效比的影响规律,得到单一空气源热泵运行时,风机电流频率在25-45Hz时机组性能较好。对双热源复合供热进行实验研究,得到复合热源比单一热源时,机组性能有明显提升且随着太阳热水水温的升高提升效果越明显。在名义工况条件下(环境温度7℃),太阳能热水水温30℃时,机组换热量比无太阳能热水添加时提高42%,换热量达到64.86kw。机组能效比比无太阳能热水添加时可提高39%,由2.26提高到2.91。随着环境温度的降低,换热量、能效比比没有太阳能热水工况增加明显,并随着环境温度降低,太阳能热水作用越显著。增加最明显的是环境温度-5℃、太阳能热水温度20℃时,换热量、COP比没有太阳能热水工况分别增加了23.3%、18.9%。对名义工况下(环境温度7℃)太阳能热水供热量利用情况进行分析,得当太阳能热水水温20℃时,太阳能供热作用显著,随着热水水温的升高,空气逐渐被加热,当达到30℃时,蒸发器出风空气温度高于环境温度,蒸发器吸热量主要来自太阳能热水一种热源,太阳能热水温度20℃和25℃时集热器得热量有效利用率58%左右,约42%左右的热量被散失在周围空气中。当太阳能热水温度升高到30℃时利用率出现降低,到46.5%。因此利用Trnsys模拟软件进一步分析得集热器最优面积为112m2,为机组的实际应用起到指导作用。 【关键词】：太阳能空气源复合热泵 换热器模拟 机组性能 风机电流频率 太阳能水温
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景与意义10
• 1.2 课题研究现状10-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 第二章 新型复合换热器仿真与设计15-29
• 2.1 EVAP-COND软件介绍15-16
• 2.2 换热器支路数模拟16-18
• 2.3 换热器流路布置优化18-20
• 2.4 最优换热器仿真分析20-24
• 2.5 新型换热器理论分析24-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 空气源热泵机组性能实验研究29-43
• 3.1 热泵机组综合实验台29-33
• 3.2 风机风量对机组性能影响实验与数据分析33-38
• 3.3 室外温度对机组性能影响实验与数据分析38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 太阳能-空气源复合热泵实验研究43-65
• 4.1 实验内容43
• 4.2 名义工况复合热泵机组性能实验与数据分析43-51
• 4.3 名义工况下双热源换热实验与数据分析51-57
• 4.4 低温适应性的改善实验与数据分析57-63
• 4.5 太阳能热水热量利用实验与数据分析63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 机组太阳能辅助热源匹配65-71
• 5.1 太阳能集热器模型65-67
• 5.2 集热器面积模拟与匹配67-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况78

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