直膨式太阳能热泵制热性能的对比研究

直膨式太阳能热泵(direct expansion solar assisted heat pump,DX-SAHP)可直接吸收利用太阳能,进而提高热泵的蒸发温度和性能系数(COP),有利于改善热泵的热性能和结霜。本文在带有太阳模拟发射器的焓差实验室中建立直膨式太阳能热泵和常规直彭热泵的对比实验,对不同条件下的热泵系统参数进行测量并进行性能对比和分析。实验结果显示,直膨式太阳能热泵能够吸收太阳能,在辐照度分别为100和200 W/m~2的工况下,系统制热功率比无辐照时的制热功率分别提高9.8%和21.8%,COP分别提高11.7%和23.7%,且除霜启动延迟23 min;辐照度为200 W/m~2时,直膨式太阳能热泵在环境温度5℃下的制热功率比1℃下的制热功率提高16.92%;在室外温度为1℃,相对湿度为95%的工况下,提高太阳辐照度,可有效减小涂层蒸发器进出口温度的波动,提高蒸发器运行的稳定性。此外,直膨式太阳能热泵在运行过程中吸收的太阳辐射被用来蒸发液态制冷剂工质,导致压缩机进气量增加,系统的制热功率和COP提高。     

真空管直膨式太阳能热泵系统性能分析

该文将真空管集热器与直膨式太阳能热泵结合,提出一种真空管直膨式太阳能热泵系统。实验研究典型工况下太阳辐照度、循环水温度对系统性能的影响,并探讨压缩机变频条件下系统的动态性能。结果表明,提高太阳辐照度、降低循环水温度有利于提高系统性能,在太阳辐照度为850 W/m2,循环水温度为55℃时系统取得最大COP,为5.36。压缩机频率为42 Hz的系统COP为4.08,较45、47、50 Hz分别提高1.23%、8.5%、13.6%。     

太阳能/直蒸式水源热泵耦合供暖系统的应用研究

为解决农村采暖问题,设计了一种太阳能/直蒸式水源热泵耦合供暖系统;该系统日间利用太阳能供暖,同时将热量储存在蓄热水箱中;夜间采用水-冰相变释放的潜热供暖。实验结果显示：该系统在直蒸式水源热泵进口温度为15℃时的制热能效比COP为4.5;在直蒸式水源热泵出口温度为0℃时的制热能效比COP为2.9;系统性能稳定,水源热泵进口温度在-5～15℃的运行良好。经济性分析结果显示;该系统的运行费用较低。以期为河北省南部地区乡镇住宅采暖提供技术可靠、供暖稳定、初装成本较低的新型供暖系统。     

直膨式太阳能热泵集热/蒸发器性能优化及其低温适应性研究

对直膨式太阳能热泵系统的集热/蒸发器结构进行优化,设计由六边形与四边形单元组合的流道结构,并进行仿真与实验研究。在上海地区,冬季工况下,将水温从10℃加热到50℃,系统COP可达到4.5;夏季工况下,将水温从30℃加热到55℃,系统COP可达到6.60。在此基础上,针对严寒地区冬季运行,研究了与喷气增焓循环耦合的低温型直膨式太阳能热泵系统。在环境温度为-10℃时,系统COP可达到3.79;环境温度为-20℃时,系统COP可达到3.69。依据实验与仿真数据,运用全生命周期经济性分析方法,以当量热价(LCoH)为评价指标,为太阳能热泵采暖经济性分析提供计算方法和理论依据。     

温室大棚多热源热泵供暖系统的研究

针对传统温室大棚供暖方式的不足,为充分和高效的将可再生能源用于温室供暖,设计建立温室大棚多热源热泵供暖系统的实验装置。该文通过实验对多热源热泵供暖系统的性能及供暖效果进行分析。实验表明系统在不同天气工况下运行稳定且供暖效果明显,温室土壤温度日平均提升1～2℃,室内空气温度日平均提升2～5℃。该文同时在节能和经济效益方面对系统进行评估,多热源热泵系统的综合性能系数COP值在5～6之间,明显优于其他形式的热泵系统;通过对比不同的温室供暖方式,相比常规能源(油、气、电),多热源热泵系统运行费用节省73%以上。     

太阳能辅助二氧化碳热泵热水系统实验研究

利用实验的方法,研究了太阳辐照度、外界气温和风速、初始水温、蒸发器出口温度和压力等对太阳能辅助二氧化碳热泵热水系统运行状况和COP的影响。实验结果表明,系统COP随初始水温的升高而增大;太阳辐照度、外界温度和风速对热泵系统性能的影响主要体现在对系统循环水温的影响;在一定范围内,蒸发压力和蒸发温度越高,热泵系统的COP越大。     

直膨式太阳能热泵采暖蓄能制冷应用研究

以U型管式太阳集热器作为热泵系统的蒸发器,利用太阳能工程及传热学等热力学相关知识,对该直膨式太阳能热泵系统进行能效分析。论证结果表明:太阳集热器的综合效率达到90%以上,系统能效COP约3.53,同时以上海地区单户采暖为例,描述直膨式太阳能热泵采暖蓄能供冷系统的设计过程,该研究能够为太阳能热泵采暖及蓄能供冷的优化设计提供借鉴。     

PV/T-SAHP系统实验研究

通过系统在不同运行模式下的实验研究,分析太阳辐照度、温度等参数对系统光伏光热性能的影响,结果表明光伏热泵组件发电效率比传统光伏组件提高16.4%;在获得同样热水情况下,混联运行比串联运行每天多输出1.7 k Wh的净发电量,热泵平均COP从1.9升高到3.4。间接式光伏热泵系统将集热器的热量在蒸发器与冷凝器间进行合理分配后,比直膨式光伏热泵系统具有更好的综合性能。     

太阳能热利用中相变蓄热装置优化设计研究

为提高太阳能水源热泵的光热利用效率,以非直膨式太阳能热泵系统为研究对象,从系统角度出发通过Fluent模拟和实验研究的方法,对相变蓄热装置中相变材料的选择、蓄热单元及均流孔板在水箱中的布置方式进行模拟分析与实验验证。实验结果表明:增加相变蓄热装置后太阳能供暖系统的集热效率由64%提高到94%,COP由2.32提高到6.18。     

太阳能热泵系统配置形式及其研究进展

采用不同用途及配置形式相结合的分类方法对太阳能热泵系统进行分类，指出不同形式太阳能热泵系统的特点、当前研究现状及未来发展趋势，分析环境及运行参数对系统热力性能的影响。通过文献综述发现，在一定运行工况下，直膨式太阳能热泵系统性能系数（COP）值可达9.40以上，非直膨式太阳能热泵系统COP值可达8.80以上。提出太阳能热泵系统的应用与研究应从能耗与效率、经济性、可靠性、运行与操控等方面着手，朝更加高效经济、节能可靠的方向发展。     

直膨式太阳能热泵运行特性的实验研究

对直接膨胀式太阳能热泵热水系统进行了实验研究,实验期间,太阳能辐照度变化范围为143.12~664.6 W/m2,分别采用三种不同结构的集热器和蒸发器,得出系统COP为2.49~3.47,表明该系统在各种天气情况下均能够可靠地生产45℃的生活热水,热性能稳定,可以全天候地提供生活热水且具有节能效果;同时选取双集热器的两组数据,分析了太阳辐照度对热泵系统运行的影响。     

基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器性能实验研究

设计一种基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器及由其组成的新型直膨式热泵系统,并对其进行实验研究与分析。实验测试平板热管在制冷剂低温取热条件下的均温性与导热性能,热泵运行工况下集热蒸发器表面温度分布、光电光热性能,以及在不同天气条件不同运行模式下热泵系统性能。结果表明,平板热管在低温取热条件下当量导热系数可达6.8×10⁵W/(m·℃),集热蒸发器运行时纵向最大温差为3.9℃;在夏季晴朗天气条件下运行太阳能模式制热水时热泵平均COP为3.62;在低辐照阴天下运行太阳能-空气能双源模式与太阳能模式相比,单位面积集热功率提高18.8%,系统平均COP提高5.7%;在无辐照的夜晚,运行空气源模式系统COP为2.54。     

空气式PCM太阳能热泵供暖系统实验研究与分析

为实现太阳能高效利用,将相变储能材料(PCM)、空气式太阳能集热器和热泵系统结合,设计了空气式PCM太阳能热泵供暖系统,并对该系统的运行模式进行研究和理论分析。结果表明,在四种不同运行工况下,室内平均温度均可维持在298 K,可满足采暖需求;平均太阳能辐射强度为556.7 W/m~2时,集热器可为室内持续供暖10 h,日平均集热效率可达36.4%;相变储能芯储存的热量可维持热泵高效运行4 h,热泵的平均能效比(COP)可达3.1;阴雨天热泵可提供室内总供热量的92.6%,平均COP为2.6。系统整体运行稳定,节能效果显著。     

间接膨胀式太阳能高温热泵系统运行性能实验研究

为研究间接膨胀式太阳能高温热泵系统实际应用的可行性和有效性,搭建实验平台,在天津地区气象条件下对高温热泵全天动态运行特性开展实验研究,分析太阳辐射强度、水箱储热性能、冷凝温度及膨胀阀开度对系统运行性能影响。结果表明:平均太阳辐射强度由396 W/m2增加到563 W/m2,高温热泵性能系数COP由3.62增至3.93;因水箱储热功能,间接膨胀式系统在太阳辐射强度剧烈波动时能够保持高温热泵相对稳定的蒸发温度;当蒸发温度固定时高温热泵COP随冷凝温度升高而降低,冷凝温度由70 ℃增至80 ℃,COP由4.32降至2.76;膨胀阀开度由150步增至250步,高温热泵全天平均COP由3.14升至5.12,排气压力降低46%。     

辐照强度对直膨式太阳能热泵性能影响的研究

文章搭建了直膨式太阳能热泵热水系统实验装置,研究了辐照强度对直膨式太阳能热泵性能的影响。结果表明,在环境温度及冷凝温度不变的情况下,蒸发温度及性能系数(COP)值随着辐照强度的增大而升高,且辐照强度增加200 W/m2,蒸发温度升高3~5℃,COP值升高0.8~1.2;得热效率随着辐照强度的增大而降低,其降低速率随着辐照强度的增大而逐渐减小。     

光伏-直膨太阳能热泵系统在变水温工况下的实验研究

提出了一种新型光伏-直膨太阳能热泵(PV-DXSAHP)的系统原理,建立了PV-DXSAHP系统试验台。对PV- DXSAHP系统在水温从15℃升高到55℃工况下的动态性能进行了测试和分析,结果显示,在水温升高到55℃时,PV-DXSAHP系统COP为4.1,测试过程的平均光电效率为13.2%。研究表明PV-DXSAHP系统具有优越的热泵性能和光电转换效率。     

R290直膨式太阳能热泵系统工质分布和迁移特性模拟

为了研究工质R290(丙烷)在直膨式太阳能热泵系统中的分布和迁移特性,建立太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和电子膨胀阀的集中参数模型、以及系统工质充注量模型,编制以R290为工质的直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序。模拟分析环境参数和运行参数的变化对系统内部R290分布和迁移特性的影响。模拟结果表明:R290主要存在于冷凝器和太阳能集热/蒸发器内部,占系统工质充注量的80%~90%;随着太阳辐射强度和环境温度的升高,工质R290由冷凝器逐渐向太阳能集热/蒸发器迁移,系统性能系数明显增加;随着压缩机转速增快和水箱水温的增高,工质R290由太阳能集热/蒸发器逐渐向冷凝器迁移,系统性能系数明显降低;随着系统工质充注量的增加,冷凝器内工质R290质量明显增加,集热器内工质R290质量略有增加,系统性能系数先增后减,存在一个最大值;太阳能集热/蒸发器出口过热度由3℃升至8℃时,其变化对工质R290的分布和迁移特性影响很小,且对系统性能系数的影响也很小;随着环境温度、压缩机转速和工质充注量的增加,集热器集热效率不断增加;而随着太阳辐射强度、水箱水温和太阳能集热/蒸发器出口过热度的增高,集热器集热效率不断降低。     

太阳能与空气源热泵联合供暖系统容量匹配及运行优化

针对川西藏区民居使用太阳能与空气源热泵联合供暖问题进行系统容量匹配及运行优化研究。建立太阳能与空气源热泵并联供暖系统的容量匹配及运行优化模型,以系统生命周期成本最小为优化目标,以集热器面积、热泵容量、水箱容积、热泵启停温度、热泵启停温差为优化变量,采用遗传算法进行同步优化计算。以甘孜地区为计算案例进行优化计算,结果表明:单一运行优化节能效果显著,与设计方法相比,运行费可节省19.0%,系统COP提高24.3%,热泵平均COP提高10.7%;在系统20 a寿命周期内,同步优化方法下总投资最低,与设计方法、单一运行优化和单一容量匹配相比,其总投资分别降低19.1%、11.4%和15.6%。甘孜地区并联供暖系统应以热泵为主,推荐太阳能保证率为16%,给出了优化匹配容量及运行控制策略。     

极端工况下直膨式多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验研究

该文建立直膨式多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验装置,分析在极端工况下,单个太阳能集热蒸发器的热性能和蒸发器阵列的整体热性能及其对系统运行的影响。结果表明在极端工况下,虽然A、B组蒸发器的吸热量存在差异,甚至A组蒸发器出口处制冷剂的过热度接近零,但是系统性能系数COP达3.69,所以蒸发器阵列的整体热性能满足要求;吸热量较多的蒸发器组,其出口处制冷剂过热度大,进一步验证了直膨式多太阳能集热蒸发器并联热泵系统是可靠的。     

太阳能—低温热管地板辐射供热系统实验研究

为将低品位太阳能直接应用于建筑供暖,对一种太阳能-低温热管地板辐射供暖系统进行了实验研究.在天津地区冬季条件下、供水温度为35～45℃时,针对非节能建筑的房间负荷(30～60 W/m2)进行了该系统各部件和系统整体性能的实验.实验结果表明:供水温度35～45℃即可满足采暖要求;太阳能保证率受供水温度影响显著,供水温度升高10℃,太阳能瞬时保证率减小5%;晴朗白天,室外平均温度-0.72℃,平均太阳辐照度425.1 W/m2,太阳能瞬时保证率近似为1;阴天室外平均温度-1.55℃,平均太阳辐照度220.5 W/m2,太阳能瞬时保证率随供水温度和负荷的变化而变化,范围是0.52～0.96.实验证实:该系统能提高太阳能热利用的经济性,热管地板传热性能优于塑料埋管地板,供水温度可以比常规塑料埋管地板的要求降低约5℃.