直膨式太阳能空气源热泵热水器的运行性能研究

为了研究直膨式太阳能空气源热泵热水器(DX-SASHPWH)的系统性能,采用R134a作为工质,搭建了太阳能空气源热泵热水器实验装置,并且建立了系统数学模型。对比发现,模拟结果与实验结果吻合较好。利用模型和系统模拟程序,进一步分析了系统全年的运行特性。结果表明:在春、秋季典型晴天工况下,将120 L水从15℃加热到50℃,耗时204 min,平均COP为3.26,平均集热效率为0.73,耗电量为1.50。在冬季典型晴天工况下,将120 L水从7.5℃加热到50,耗时286 min,平均COP为3.27,平均集热效率为0.68,耗电量为1.81。     

幕墙式太阳能供暖系统热性能测试与分析

结合幕墙式太阳能供暖系统示范工程,进行了系统热性能测试。在2013年1月7—9日测试期间,室外平均气温为-7.7℃,太阳能集热系统的平均集热效率约为27.5%,补热系统的热泵平均COP为1.554;在3月13—15日测试期间,室外平均温度为3℃,热泵平均COP为1.782;3月13日的测试结果表明,集热系统的有效平均热效率为18.8%,系统的水箱和管路热损失较小,仅占太阳能有效集热量的9.16%。末端风机盘管采用侧面向下送风的气流组织形式时,室内供暖效果较好。     

太阳能与空气源双蒸发器热泵复合供能系统性能实验研究

将基于平板微热管阵列的水冷PV/T集热器与双热源热泵相结合,提出1种太阳能与空气源双蒸发器热泵复合供能系统,该系统可实现多种运行模式的切换,以满足复合建筑的供热、供冷、热水和部分电力需求。实验主要针对于冬季制热工况和夏季供冷工况进行实验研究,分别从室外温度、太阳辐照度、热泵COP、制热量、集热效率和发电效率等方面对系统性能进行分析。实验结果表明,冬季制热实验时,空气源热泵制热、PV/T联合水源热泵制热和PV/T联合双热源热泵制热工况下COP分别为2.15、2.5和2.6,均能满足冬季室内的采暖要求。PV/T联合水源热泵制热和PV/T联合双热源热泵制热实验的平均发电效率和集热效率分别为12.1%和48.6%,11.3%和38.8%。空气源制冷实验时,热泵的EER平均为2.08;制冷兼制热水模式实验时,热水作放热源阶段的EER平均2.26,空气作放热源阶段的EER平均为1.96。     

运行频率对复合热源热泵热水器性能的影响

为了研究运行频率对复合热源热泵热水器系统性能的影响,采用变频压缩机与电子膨胀阀,构建了直膨式太阳能-空气复合热源热泵热水器实验装置,并在相近的环境工况下,针对不同运行频率,对该装置进行了性能测试。分析了运行频率的变化对加热时间,蒸发压力及冷凝压力,压缩机耗功以及系统性能系数(COP)和集热效率等的影响,并比较了运行频率的变化对系统性能参数影响的敏感程度。实验结果表明,系统平均COP随运行频率的降低而增大,高频率运行会影响系统稳定性。运行频率的变化对系统各性能参数影响的敏感程度不同,系统平均蒸发压力和压缩机的平均耗功对运行频率的变化最为敏感,其次是加热时间和系统平均COP。     

新型太阳能-空气复合热源热泵热水系统实验研究

基于新型复合热源换热器,将水冷式微热管阵列光伏光热(MHPA-PV/T)集热器与空气源热泵相结合,提出了1种新型太阳能-空气复合热源热泵热水系统,并对其进行了实验研究。研究结果表明,在环境温度10℃、太阳能热水温度15℃、循环流量250 L/h时,复合热源供热的热泵平均COP约为3.26,比相同环境温度下空气供热模式的热泵提高了9.4%,缩短了13.3%的加热时间。     

太阳能热泵供热系统性能的试验研究

对太阳能热泵系统的不同运行工况进行了试验研究。分析了蒸发器入口水温、冷凝器入口水温对热泵系统性能的影响。通过研究分析得出:太阳能集热器面积与热泵机组的匹配为影响系统性能的重要参数,应根据用户对热量的需求来选择;蒸发器入口水温可在5℃—20℃之间变化,在20℃时,系统COP最高达到3.6。通过对试验结果的分析,为太阳能热泵系统的设计和运行控制提供了依据。     

双热源热泵制热水与供暖性能诊断

通过对3种热泵供暖性能系数(COP)比较可知,太阳能热泵供暖COP值比空气源热泵高.运用试验分析和理论计算发现压缩机电效率随压缩机压缩比的增加呈线性下降规律,并直接导致双热源热泵系统制热水性能系数(COP)偏低,当热水温度超过时,COP值甚至＜1.通过对系统供暖试验数据的拟合得到2个表征双热源热泵系统供暖性能优劣的数学模型,试验和模型都显示出当蒸发器进口水温为28℃左右时,系统供暖COP值最大,而当蒸发器进口水温偏离该值时,COP值都会下降.对双热源热泵系统制热水和供暖的不可逆程度分析发现当压缩机压缩比ε=3.4时,系统运行更接近可逆过程,即系统运行最佳,压缩比偏离该值会导致系统不可逆损失增加.     

一种太阳能辅助空气源热泵设备研究

介绍了一种太阳能辅助空气源热泵设备。该设备通过渗透型空气集热器预热蒸发器侧空气,不仅可以提高热泵的能效,也可以扩大热泵的适应地域的范围。本研究采用计算机软件模拟方法研究了典型气候区室外温度对空气源热泵制热性能的影响,并现场实际测试了太阳能集热系统对室外温度的提升能力和室外温度提升前后热泵的能效系数增量,模拟计算和实际测试结果互相印证。设备对进入蒸发器的空气进行预热,经计算和实际测试证实,设备能够有效提升空气源热泵的能效达23.4%以上。设备可在成熟的空气源热泵基础上直接进行简单改装,初投资低,操作简单;设备蒸发器侧空气温度每提高1℃,机组COP增量约为0.068,效益显著。设备在当前北方地区大力推行空气源热泵供热的背景下,具有显著的应用推广价值。     

L型翅片式太阳能平板双效集热器集热性能数值模拟研究

为提高太阳能双效集热器的集热效率,本文对传统平板式太阳能双效集热器和L型翅片式集热器进行数值模拟,对比分析空气集热模式和空气-水复合集热模式的传热特性,并研究空气和水的流量以及翅片高度对L型翅片式双效集热器瞬时集热效率的影响。结果表明:当空气质量流量为0. 016kg/s,水质量流量为0. 018 kg/s时,L型翅片式双效集热器集热效率比传统平板式集热效率提高了9%;集热器中水瞬时集热效率和空气的瞬时集热效率存在相互制约的关系,但随着空气质量流量或者水质量流量的增加,集热器瞬时效率均有所提高;增加翅片高度可以有效的提高集热器的集热效率。     

槽式聚光型纳米流体集热器性能评估

建立了纳米流体集热器集热的数值模型,揭示了集热效率随纳米流体入口流速增加的变化规律,并将模拟结果与实验结果进行对比,模拟结果与实验数据相吻合,证明了模型在一定范围的可行性。模拟结果表明:在低速范围内,纳米流体集热效率随流速的增加而增大,入口流速为0. 047 5 m/s时集热效率为59. 21%,0. 08 m/s时为59. 37%,0. 13 m/s时达到最大为59. 42%,此后随着纳米流体入口速度增大集热效率降低。     

太阳能光伏光热(PV/T)热泵热水系统实验研究

本文搭建了1种间接式基于太阳能光伏光热(PV/T)部件的热泵热水系统应用示范平台,其中PV/T集热器面积为64 m~2。对PV/T热泵系统在不同环境温度和辐照条件下的光电光热性能进行了测试分析,结果表明PV/T部件发电量较之传统光伏组件提高11.0%,PV/T电池温度比较传统光伏组件温度平均降温25.5℃,可以有效缓解较高温度对光伏电池使用寿命的影响。热泵机组平均COP可达4.7。PV/T热泵系统的光伏光热综合效率可达74.4%,在产热发电性能上与传统集热器和光伏组件更有优势。在将3 m~3水从31.0℃加热至51.0℃的过程中,PV/T热泵系统总发电量和耗电量分别为28.0 kW·h和24.5 kW·h,并且夏季晴朗少云条件下,发电功率一直高于用电功率,可以实现离网使用。     

太阳能热泵系统数值模拟

太阳能热泵系统模型主要包括太阳能集热系统模型和热泵机组模型,通过蒸发器建立耦合关系.本文建立了太阳能集热系统和水-水热泵系统组成的太阳能热泵数学模型,利用集中参数法进行稳态模型的求解.为了验证模型,将计算数据和实验数据进行了对比,分析了模拟计算结果与实验结果的差别及误差存在的原因.     

带喷射器的直膨式太阳能辅助热泵的理论研究

将喷射器应用于直膨式太阳能热泵,通过热力学第一定律和第二定律进行理论研究。分析了喷射器的接受室压降和太阳辐照强度对喷射器的性能及系统性能的影响,并对系统中各部件的火用损和火用损率进行了分析。结果表明:在本文设计模拟工况下,优化的循环系统性能要优于常规循环,COP最大提高率为10.84%,制热量最大提高率为24.17%,接受室存在最优压降使得系统性能最优,太阳辐照强度的增加使得系统性能得到优化,集热器/蒸发器的火用损占比最大,集热器/蒸发器与压缩机的节能潜力最大。     

开孔折流板型太阳能空气集热器的数值模拟研究

为进一步提高空气太阳能的集热性能,折流板开孔型平板太阳能空气集热器被设计出来,文章采用数值模拟方法,研究了其流动传热特性,并且分析了开孔数量、大小以及在不同开孔数量下进口流速对折流板空气集热器集热效率的影响。研究结果发现:在入口流量为0.015 kg/(s·m²),内设4块折流板上开孔数量为3时,集热效率为44.33%,集热效率最高,比未开孔的折流板型空气集热器的集热效率提高了4.11%。     

两种集中式太阳能集热器集热效率对比研究

针对真空管式和平板式两种使用最多的太阳能集热器开展研究,选取两种系统对其效果进行实测,并对TRNSYS模拟软件的模拟结果进行验证,然后对两种集热系统在不同太阳能辐射区间进行典型日集热效率模拟,进而进行全年辐射和温度条件下进行模拟。结果显示,条件相同情况下,无论典型日还是全年平均值,平板式集热器集热效率均高于真空管式。平板式太阳能热水系统为47. 1%,而真空管式太阳能热水系统的全年平均集热效率为42. 9%;同种条件下,在有太阳辐射时,室外温度对平板式太阳能集热器集热效率有影响,但影响不大。     

太阳能热泵-地板辐射供热系统实验研究

实验研究了太阳能热泵-地板辐射供热系统的性能,并与燃油、燃气锅炉集中供热系统进行了经济性分析比较。实验结果表明,热管真空管集热器的集热效率为64·4%,U形管真空管集热器的集热效率为59%,热泵机组的能效比为3·08;室内温度变化相对机组供热时间滞后3h,有利于采用间歇运行方式降低运行费用。经济性分析结果表明,在青岛地区为节能型建筑供热时,该系统的单位面积费用年值介于燃气、燃油锅炉集中供热之间。     

基于补气增焓技术的复合空气源热泵系统实验性能研究

针对空气源热泵在寒冷地区制热效果不佳的现象,搭建了“太阳能-空气集热器+补气增焓空气源热泵”复合热泵系统,选取哈尔滨某地区冬季典型气象日进行实验,测试复合热泵系统的制热性能,并通过实验进一步探究复合热泵系统的运行特性。实验结果表明：复合热泵系统受太阳辐射强度影响较大,在冬季典型气象日的实验中,系统制热量与COP最大值均出现在辐射强度最大的时刻,与常规补气增焓系统相比,制热量与COP最多增加24.9%和12.53%。当室外温度为-12℃、太阳能-空气集热器出口热风温度为40℃时,复合热泵系统COP最多提升11.1%,复合热泵系统制热性能最好。该复合热泵系统在低温环境下运行效果好,在寒冷地区具有广泛的应用市场。     

多孔盖板型太阳能平板空气集热器热性能模拟

建立多孔盖板型太阳能平板空气集热器的数值计算模型,利用已有实验数据验证模型的准确性。基于该数值模型研究单位面积系统风量、太阳辐射照度和集热层吸收率对集热器热性能的影响。结果表明,多孔盖板型太阳能平板空气集热器的热性能较普通平板集热器有明显改善。系统风量增大,集热效率相应地增大,而空气通过集热器的压力降也会迅速增大,从而造成系统风机耗电量增加,所以应综合考虑系统的热性能和风机耗电量,合理选择系统风量。空气温升随太阳辐射照度增大而升高,并且接近线性增长,集热效率随着辐射照度增大呈缓慢下降趋势。集热效率随着集热层吸收率增大而显著增大,且接近线性增长。     

真空管太阳能集热器水温对集热效率的影响

通过分析真空管集热器传热的数学模型,介绍了容积式集热器的传热特点。并且结合实验测试数据,对集热器内液体温度对集热效率的影响进行了分析。结果显示:实验温度范围内集热器的集热效率分为三个阶段,当集热器的温度由38.1℃升高到45.2℃时,集热器的效率下降明显;当集热器的温度由45.2℃升高到57.1℃时,集热器的效率变化不大,基本稳定;当集热器的温度大于62.8℃时,集热器效率又开始呈现明显的下降趋势。通过对数据进行四阶多项式拟合,最后得出了集热效率与集热器温度之间的数学关系。     

直通式真空管太阳能空气集热器的实验研究

研究了一种新型的直通式多根真空管空气集热器装置,包括直通式(两端开口)真空集热管和上下分集管。直通式真空管太阳能空气集热器安装在南墙的外面,室内空气进入集热器,加热后送回房间,实现了太阳能供暖,不需要风机或者水泵,简单可靠。搭建了试验台并测试了冬季供暖时的热性能。通过实验得出,该装置集热效率最高的点出现在14:00,集热效率为51%,其集热效率最低的点出现在16:00,集热效率为46%,全天的总效率为36.3%,具有较高的热效率。