太阳能辅助CO_2混合热泵空调系统研究

【摘要】：本文提出了一种太阳能辅助CO_2混合热泵空调系统。并以一实验住宅为应用对象，开展了对太阳能辅助CO_2混合热泵空调系统的实验研究和优化分析。文章主要包括以下几个方面的研究内容： 1.建立了CO_2混合热泵的理论数学模型，并以EES为工具，运用所建立的数学模型对CO_2混合热泵的制冷性能进行了分析和比较。结果表明：在环境温度为35℃时，CO_2混合热泵的COP比普通CO_2热泵提高了63.6%。此外，吸收式制冷机的输出冷量随着太阳能辐照的变强也会相应提高，因而CO_2混合热泵的制冷性能与建筑冷负荷之间存在较好的匹配性。 2.在多种实验工况下，对太阳能辅助CO_2混合热泵空调系统进行了实验测试。实验结果表明：在环境温度为4.8℃时，CO_2混合热泵机组的制热COP可达2.63，CO_2混合热泵供热模式的系统性能系数COPs为2.24；在环境平均温度为6.9℃，太阳平均辐照为605W/m2的实验工况下，太阳能供暖模式的系统性能系数COPS为12.3；与CO_2热泵耦合的小型吸收式制冷机的过冷却作用可以提高CO_2热泵的制冷性能。 3.运用TRNSYS软件建立了太阳能辅助CO_2混合热泵空调系统的仿真模型，并基于所建立的系统模型对系统的结构参数，包括太阳能集热器的安装倾角和蓄热水箱容积等，进行了优化分析。结果表明：经优化后，集热环路的输出热量在实验系统的基础上提高了31.8%。系统在整个采暖季的太阳能保证率可以达到75.1%。 【关键词】：太阳能热利用 CO_2混合热泵 TRNSYS模拟
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU831.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题研究背景及意义13-16
• 1.2 研究现状及存在的问题16-24
• 1.2.1 与建筑相结合的太阳能热利用16-21
• 1.2.2 CO_2热泵21-24
• 1.3 本文主要研究内容24-25
• 第二章 太阳能辅助 CO_2混合热泵空调系统的构成及原理25-54
• 2.1 系统概况25-26
• 2.2 系统原理及运行模式26-30
• 2.2.1 供热模式26-27
• 2.2.2 制冷模式27-29
• 2.2.3 生活热水模式29-30
• 2.3 太阳能辅助 CO_2混合热泵空调系统设计30-46
• 2.3.1 太阳能集热、蓄热系统30-34
• 2.3.2 CO_2混合热泵机组34-43
• 2.3.3 室内风机盘管43-44
• 2.3.4 控制及数据采集系统44-46
• 2.4 实验住宅46-52
• 2.4.1 住宅的围护结构及其参数46-50
• 2.4.2 住宅冷热负荷的分析50-52
• 2.5 本章小结52-54
• 第三章 太阳能辅助 CO_2混合热泵空调系统的实验研究54-69
• 3.1 性能评价指标54-57
• 3.1.1 太阳能集热器的瞬时效率54-55
• 3.1.2 CO_2混合热泵机组的性能系数55
• 3.1.3 太阳能辅助 CO_2 混合热泵空调系统的系统性能系数55-57
• 3.1.4 太阳能保证率57
• 3.2 测试仪器57-60
• 3.3 采暖实验60-65
• 3.3.1 太阳能供暖实验60-62
• 3.3.2 CO_2混合热泵供暖实验62-63
• 3.3.3 CO_2混合热泵和太阳能联合供暖实验63-65
• 3.4 制冷实验65-67
• 3.5 本章小结67-69
• 第四章 基于 TRNSYS 的模拟与优化分析69-80
• 4.1 系统模型的建立69-73
• 4.1.1 太阳能集热器模型70
• 4.1.2 CO_2混合热泵模型70-71
• 4.1.3 建筑模型71-72
• 4.1.4 蓄热水箱和工作水箱模型72
• 4.1.5 系统模型中其他部件模块的介绍72-73
• 4.2 系统优化的目标参数73-74
• 4.2.1 太阳能集热环路的输出热量73
• 4.2.2 系统的总耗电量73-74
• 4.3 优化结果与讨论74-79
• 4.3.1 太阳能集热器安装倾角的影响74-75
• 4.3.2 蓄热水箱容积的影响75-76
• 4.3.3 太阳能集热器环路循环流量的影响76-77
• 4.3.4 工作水箱容积的影响77-78
• 4.3.5 系统的优化结果78-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第五章 总结与展望80-84
• 5.1 主要研究工作80-82
• 5.2 研究展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文90

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