直膨式太阳能热泵热水器的模拟分析

【摘要】：随着我国经济和社会发展以及城镇化进程的加快,建筑用能正在持续快速上升,其所占全社会能耗的比重不断增加。在建筑能耗中,热水需求耗能所占比重很大。通过将太阳能集热器和热泵蒸发器在结构和功能上合二为一,用来供应生活热水,实现太阳能热利用技术和热泵技术的有机结合,这便是直膨式太阳能热泵热水器。它具有集热效率高、系统性能系数高、运行成本低、易于实现与建筑物一体化结合等优点。本课题以提高直膨式太阳能热泵热水器的热力性能和推动实现其产品实用化为出发点进行研究,为规模化利用太阳能发挥作用,主要作了如下工作。 从直膨式太阳能热泵热水器的系统循环出发,建立了太阳能集热／蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动数学模型,采用二分法以换热管长为迭代判据进行了求解；建立了压缩机和膨胀阀的集总参数数学模型；同时建立了制冷剂充注量数学模型和制冷剂热力性质计算模型,给出了计算系统和部件制冷剂充注量、制冷剂热力性质的方法；通过制冷剂状态将各部件模型连接起来构成系统模型,通过分析得出了三个迭代判据(充注量判据、质量流量判据和过热度判据)和三个迭代变量(蒸发压力、冷凝压力和过热度),进而设计了程序算法流程,编制了系统性能模拟分析程序。 以上海交通大学制冷与低温工程研究所曾研制并建立的一套直膨式太阳能热泵热水器试验装置为依据,对系统模型进行了试验验证和误差分析,结果表明,系统总体性能的模拟值和试验值的平均误差均在1%以内(集热效率的平均误差为4.6%),系统瞬时性能的模拟值和试验值也能较好吻合。 运用系统性能模拟分析程序计算了不同结构参数和工况下系统的运行参数和性能参数,全面分析了各种参数对系统COP、集热器集热效率ηcl、压缩机输入电功率Wcm,、热水加热功率Qw和集热器集热功率Qcl的影响；详细分析了制冷剂充注量对热水加热时间△τ、集热器出口过热度△tSH、蒸发压力Pe、冷凝压力Pc、压缩机瞬时输入电功率Wcm、集热器集热效率ηcl、系统瞬时COP和平均COP的影响；指出了确定小型直膨式太阳能热泵热水器制冷剂最佳充注量需考虑的几方面因素。 【关键词】：太阳能 热泵 热水器 太阳能集热/蒸发器 性能模拟 制冷剂充注量
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 太阳能辅助热泵系统的工作原理13-14
• 1.3 直膨式太阳能辅助热泵系统数值模拟研究现状14-18
• 1.4 直膨式太阳能辅助热泵热水技术目前存在的主要问题18-19
• 1.5 本文的主要工作19-21
• 2 直膨式太阳能热泵热水器数学模型的建立与求解21-41
• 2.1 直膨式太阳能热泵热水器工作原理21-22
• 2.2 直膨式太阳能热泵热水器部件简介22-23
• 2.3 直膨式太阳能热泵热水器数学模型的建立23-31
• 2.4 直膨式太阳能热泵热水器数学模型的求解31-39
• 2.5 本章小结39-41
• 3 直膨式太阳能热泵热水器数学模型的试验验证41-47
• 3.1 结构参数的选取41-44
• 3.2 试验验证与分析44-46
• 3.3 本章小结46-47
• 4 直膨式太阳能热泵热水器性能模拟分析47-69
• 4.1 性能分析指标47-48
• 4.2 太阳能集热/蒸发器热性能分析48-52
• 4.3 制冷剂充注量对系统的影响分析52-56
• 4.4 影响DX-SAHPWH性能的参数分析56-67
• 4.5 本章小结67-69
• 5 总结与展望69-72
• 5.1 全文总结69-70
• 5.2 展望70-72
• 参考文献72-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况81

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