集熱-蓄能-蒸發(fā)一體化太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)的性能研究.pdf

1、本文針對普通太陽能熱泵系統(tǒng)不能全天候高效、穩(wěn)定運行的缺陷，提出了一種新型集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)，該系統(tǒng)將太陽能集熱器、蓄能容器以及熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器集于一體，減少了系統(tǒng)的中間換熱損失，降低了制造成本。利用相變材料的固-液相變潛熱對太陽能進行儲存，有效解決了太陽能間歇性帶來的系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的問題。
　　首先，本文對集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽能熱泵熱水器工作原理進行了理論分析，設計并搭建了該蓄能型太陽能熱泵熱水系統(tǒng)綜

2、合測試平臺。根據(jù)系統(tǒng)的工作溫度，結(jié)合相變材料的使用環(huán)境和理想相變材料的特點，選擇合適的蓄能材料。對考慮分別使用癸酸和石蠟兩種蓄能材料時系統(tǒng)的制熱特性進行了全面、深入的實驗研究。通過實驗數(shù)據(jù)擬合出該集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽能熱泵熱水器得熱效率隨太陽輻射強度、環(huán)境溫度、真空管外壁溫度的變化關系。并研究分析了真空管內(nèi)相變材料溫度隨太陽輻射強度的逐時變化規(guī)律，以及系統(tǒng)啟動前后相變材料在蓄熱、釋能過程中溫度的變化曲線，從理論和實驗的角度分析并驗

3、證了相變材料的蓄熱量能滿足系統(tǒng)正常運行的熱負荷需求。
　　其次，在集熱/蓄能/蒸發(fā)器中充灌癸酸作為蓄熱材料的情況下，采集并整理實驗裝置在過渡季節(jié)和冬季不同工況不同運行模式時的實驗數(shù)據(jù)。研究了系統(tǒng)在晴天、陰雨天和夜晚三種工況下系統(tǒng)性能隨太陽輻射能的變化，以及影響系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性的因素。研究結(jié)果表明：集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)的年平均得熱效率為4.20，遠遠大于普通太陽能熱泵系統(tǒng)的得熱效率；集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽能

4、熱泵熱水器系統(tǒng)的年平均性能系數(shù)為5.26，即使在全年最惡劣的工況下運行，系統(tǒng)的性能系數(shù)仍可達到4.03，明顯高于普通太陽能，空氣混合源熱泵熱水器系統(tǒng)；太陽輻射強度的不穩(wěn)定波動對集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)得熱效率的影響要比其對普通直膨式太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)的影響小的多。
　　最后，通過在集熱/蓄能/蒸發(fā)器內(nèi)充灌石蠟作為蓄能材料時系統(tǒng)的運行特性與之前的系統(tǒng)特性進行對比分析，結(jié)果表明在相同的天氣條件下，石蠟系統(tǒng)的加熱時間