復(fù)合熱源熱泵熱水器的性能研究.pdf

1、鑒于對(duì)可用能源的利用和對(duì)環(huán)境的保護(hù)，本文以綜合利用太陽能和空氣能為低位熱源、并用自然工質(zhì)熱泵來制取生活熱水的思路，提出了CO2復(fù)合熱源熱泵熱水器系統(tǒng)，通過理論模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，對(duì)CO2復(fù)合熱源熱泵熱水器的制熱性能、耗功率、加熱速率等運(yùn)行特性進(jìn)行研究。具體如下:
　　(1)為了獲得CO2跨臨界循環(huán)制取生活熱水的運(yùn)行特性與不同之處以及復(fù)合熱源的優(yōu)勢，分別從制冷劑和熱源模式兩個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比。一方面建立了分別以CO2、R134

2、a和R22為工質(zhì)的熱泵熱水系統(tǒng)各部件的數(shù)學(xué)物理模型。以相關(guān)文獻(xiàn)中復(fù)合熱源R22熱泵熱水器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的精確性后，對(duì)CO2、 R134a和R22為工質(zhì)的復(fù)合熱源熱泵熱水系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真分析，對(duì)比了不同環(huán)境溫度下三種工質(zhì)的制熱性能、集熱/蒸發(fā)器的太陽能吸收率、循環(huán)加熱時(shí)間和吸排氣溫度/壓力的變化規(guī)律。得出結(jié)論:CO2在環(huán)境溫度低于13℃時(shí)的制熱性能優(yōu)于R134a和R22;另外，在不同工況下，CO2的加熱周期大于R22而小于R

3、134a，吸排氣壓力高于R134a和R22。另一方面，建立了與復(fù)合熱源熱泵熱水器比較的單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的仿真模型。在幾種典型工況下的模擬結(jié)果顯示復(fù)合熱源比單一空氣源系統(tǒng)的COP平均提高了20％左右。以上結(jié)論表明，采用復(fù)合熱源CO2熱泵熱水系統(tǒng)與常規(guī)熱水器相比有獨(dú)特的環(huán)境優(yōu)勢、低溫優(yōu)勢和性能優(yōu)勢。
　　(2)為了深入分析CO2復(fù)合熱源熱泵熱水器系統(tǒng)在全年不同季節(jié)典型工況下的性能，及影響其運(yùn)行特性的參數(shù)，以靜態(tài)加熱式CO2復(fù)合熱

4、源熱泵熱水器為物理對(duì)象，針對(duì)該系統(tǒng)中的各個(gè)部件，建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型。與此同時(shí)，編寫了CO2復(fù)合熱源熱泵熱水器系統(tǒng)模擬程序，分析了系統(tǒng)在不同季節(jié)工況特別是低溫環(huán)境下的性能，從冷卻壓力、環(huán)境溫度、太陽輻射強(qiáng)度、氣體冷卻器結(jié)構(gòu)參數(shù)、集熱/蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行壓力和氣體冷卻器出口溫度等角度分析了該系統(tǒng)運(yùn)行特性的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明，復(fù)合熱源系統(tǒng)能在全年不同季節(jié)工況下獲得3.0以上的COP值，特別是在環(huán)境溫度僅0℃時(shí)，COP仍有3.05;同時(shí)得

5、出環(huán)境參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響規(guī)律，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了一定的指導(dǎo)作用。
　　(3)為獲取自行設(shè)計(jì)的集熱/蒸發(fā)裝置的吸熱性能和系統(tǒng)的運(yùn)行特性，對(duì)復(fù)合熱源系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了選型和制作，搭建了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)研究了運(yùn)行過程中集熱/蒸發(fā)裝置的太陽能利用比例以及系統(tǒng)運(yùn)行特性隨著加熱過程的變化。研究結(jié)果表明當(dāng)太陽輻射連續(xù)較強(qiáng)時(shí)，太陽能可完全被利用，系統(tǒng)的平均COP達(dá)3.77;當(dāng)太陽輻射不穩(wěn)時(shí)，制冷劑吸收的太陽能比率