直接膨胀式太阳能热泵夏季运行工况的性能分析
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直膨式太阳能热泵系统的模拟分析
ｆ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｓａ ｇａ ２ ０９ ， ｈ ａ ｏ Ｓｉ ｃ ｎ ｈｅｎ ｌ ｙ ｈｎｈ ｉ ０ ０ ３ Ｃ ｉ ） ｒ ｅ ｏ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｍａｈ ｍａｉ ｄ ｌ ｏ ｏ ａ ｏｌ ｃｏ ｓ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｕ ｉ ｇ ｅ ｕ ｌ ｒ ｍ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ．Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉｎ ｃ ｃ ｌｔ ｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｔ ｅ ｔ ｍｏ ｅ ｒｓ ｌｒｃ ｌ ｔｒｗａ ｓ ｌ ｅ ｓｎ ｑ ｉ ｂ ｕ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ｈ ｉ ｌ ｔ ａ ｕａ ｉ ｃ ｆ ｅ ａ ｓ ｉｉ ｏ ｌ ｏ ｏ ｅ ｓ ｓｅ ｗ ｓ ｍａ ｅ ｏ ｈ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｅ ｔｓｅ ｎ ｉ ｎ ｎ ａ ａ ｔｒ ，ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｕ ｈ ａ ｆ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｄ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆｔ ｅ ｔｄ ｅ ｖｒ ｍｅ ｔｐ ｒ ｍｅ ｅｓ ｎ ｚｎ ｈ ｎｌ ｎ ｅ ｏ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｃ ｓ ｔ ｉ ｈ ｏ ｌ ｕ ｈ ｓ ｔ ｅ ｒｆｉｅ ａ ｔｐ ｅ ｓ ｒ ｒ ｐ ａ ｒ ｓ ｏ ａ ｏｌ ｃｏ ，ｔ ｐ ｆ ｏ ａ ｏ ｌｃｏ ｄ ｃ ｎ ａ ｔ ｅ ｉ ｔｎ ｅ ｏ ｅｔ ｅｍａ ｅ ｆｒ ｎ ｃ ｆｔｅ ｈ ｅｒ ｒ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｏ ｃ ｏ ｓｓ ｌｒｃ ｌ ｔｒ ｙ ｅ ｏ ｌ ｃ ｌ ｔｒａ ｏ ｔｃ ｓｓａ ｃ ｎ ｔ ｈ ｒ ｌ ｐ ｒ ｍａ ｅｏ ｇ ｅ ｓ ｒ ｅ ｎ ｒ ｈ ｏ ｈ
一
ｔ
—— 环境温度 ， 、 ℃ Ｋ
Ｄ——集热 管的内径 ， ｍ
— —
Ｐ ——压缩机耗 功量 ， Ｗ
制冷剂均相 比容 ， ｋ ｍ ／ｇ 制冷剂饱和气 比容 ， ｋ ｍ／ ｇ
直膨式太阳能热泵热水器不同工质的性能分析
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ ｉｎ ａ Ｄｉｒｅｃｔ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｓｏｌａｒ－Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔｅｒ
ＫＯＮＧＸｉａｎｇｑｉａｎｇ， ＬＩ Ｊｕｎｘｉａｏ， ＬＩ Ｙｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５９０，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｒ２２，Ｒ４１０Ａａｎｄ Ｒ２９０ｉｎ ａ ｄｉｒｅｃｔ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｓｏｌａｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ（ＤＸ－ＳＡＨＰＷＨ）ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ／ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ａｎｄ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｕｍｐｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｃｏｍ－ ｐｒｅｓｓｏｒ ａｎｄ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｖａｌｖｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｂｕｉｌｔ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ａ ＤＸ－ＳＡＨＰＷＨ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｄｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰ），ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｅｆｆｉ－ ｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｈｅａｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＤＸ－ＳＡＨＰＷＨ ｕｓｉｎｇ Ｒ２２，Ｒ４１０Ａ ａｎｄ Ｒ２９０ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＣＯＰ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ２９０ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｐｐａｒｅｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ２２ａｎｄ Ｒ４１０Ａｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ＤＸ－ＳＡＨＰＷＨ．Ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｈｅａｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ４１０Ａｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ２２ａｎｄ Ｒ２９０ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｒ２２ａｎｄ Ｒ４０１Ａｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｒ２９０ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｓｐｅｅｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ Ｒ４１０Ａｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ
%bd热泵热水器热力性能分析及优化设计
２００１年开始，上海交通大学制冷与低温工程研 究所在直膨式太阳能热泵热水器的样机开发方面做 了大量系统、详实的工作［１。］。２００４年底，已研制出
∞Ｐ更高的实验样机，目前已开展了较有成效的研
究工作‘６｜。
１直膨式太阳能热泵热水器实验装置
图１是实验样机实物照片，除太阳集热／蒸发器 （下文简称“集热板”）外，直膨式太阳能热泵热水器 系统的其余部件与常规热泵系统完全相同，极具商 品化潜力。制冷剂作为太阳集热介质直接在集热板 中吸收环境中的热量（太阳能、空气热）而蒸发，然后 通过热泵循环将冷凝热释放给水箱内被加热的水。 由于本热泵系统的蒸发器与太阳集热器是合二为一
缩机（其有效能损失系数，系统Ａ为４０％，系统Ｂ为３４％）和太阳集热／蒸发器（其有效能损失系数，系统Ａ为２１％，
系统Ｂ为３７％）为最大，然后依次是冷凝器（其有效能损失系数，系统Ａ为１１％，系统Ｂ为８％）和热力膨胀阀（其有
效能损失系数，系统Ａ和系统Ｂ均为５％）。因此，压缩机的合理选配、集热器的优化设计是提高太阳能热泵热水器
ＡＣＴＡ ＥＮＥＲＧＩＡＥ鲫ＡＲＩＳ ＳｌＮＩＣＡ
Ｖ０１．２８．Ｎｏ．５ Ｍａｙ．，２００７
直膨式太阳能热泵热水器 热力性能分析及优化设计
李郁武，王如竹，王泰华，吴静怡，许煜雄
（上海交通大学制冷与低温工程研究所，教育部太阳能发电及制冷工程研究中心，上海２０００３０）
摘要：针对“直膨式太阳能热泵热水器”７５０ｗ实验样机（系统Ａ）进行了过渡季节运行工况下的实验研究，根据
１）集热板 ．
，。．。＝Ｅ脚＋［Ｅ。一ｆ—Ｅ。一ｆ］
＝．Ｅｆａｄ＋（凰一日。）一％（Ｓ。一Ｓ，）＋Ｅ．ｍ—ｆ—Ｅ伽ｔ—ｆ
＝ｋ＋（日。一巩）一％（Ｓ。一Ｓ：）（１０）
３）冷凝器
∞Ｐ更高的实验样机，目前已开展了较有成效的研
究工作‘６｜。
１直膨式太阳能热泵热水器实验装置
图１是实验样机实物照片，除太阳集热／蒸发器 （下文简称“集热板”）外，直膨式太阳能热泵热水器 系统的其余部件与常规热泵系统完全相同，极具商 品化潜力。制冷剂作为太阳集热介质直接在集热板 中吸收环境中的热量（太阳能、空气热）而蒸发，然后 通过热泵循环将冷凝热释放给水箱内被加热的水。 由于本热泵系统的蒸发器与太阳集热器是合二为一
缩机（其有效能损失系数，系统Ａ为４０％，系统Ｂ为３４％）和太阳集热／蒸发器（其有效能损失系数，系统Ａ为２１％，
系统Ｂ为３７％）为最大，然后依次是冷凝器（其有效能损失系数，系统Ａ为１１％，系统Ｂ为８％）和热力膨胀阀（其有
效能损失系数，系统Ａ和系统Ｂ均为５％）。因此，压缩机的合理选配、集热器的优化设计是提高太阳能热泵热水器
ＡＣＴＡ ＥＮＥＲＧＩＡＥ鲫ＡＲＩＳ ＳｌＮＩＣＡ
Ｖ０１．２８．Ｎｏ．５ Ｍａｙ．，２００７
直膨式太阳能热泵热水器 热力性能分析及优化设计
李郁武，王如竹，王泰华，吴静怡，许煜雄
（上海交通大学制冷与低温工程研究所，教育部太阳能发电及制冷工程研究中心，上海２０００３０）
摘要：针对“直膨式太阳能热泵热水器”７５０ｗ实验样机（系统Ａ）进行了过渡季节运行工况下的实验研究，根据
１）集热板 ．
，。．。＝Ｅ脚＋［Ｅ。一ｆ—Ｅ。一ｆ］
＝．Ｅｆａｄ＋（凰一日。）一％（Ｓ。一Ｓ，）＋Ｅ．ｍ—ｆ—Ｅ伽ｔ—ｆ
＝ｋ＋（日。一巩）一％（Ｓ。一Ｓ：）（１０）
３）冷凝器
新型光伏直膨式太阳能空气能多能互补热泵性能
and the experimental results provide basic data support for its application.
Key words: micro-heat pipe array; microchannels; solar energy; direct-expansion heat pump; multi-energy
引用本文：杜伯尧, 全贞花, 侯隆澍, 赵耀华, 任海波 . 新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵性能[J]. 化工学报, 2020, 71(S1): 368-374
Citation： DU Boyao, QUAN Zhenhua, HOU Longshu, ZHAO Yaohua, REN Haibo. Performance of direct-expansion photovoltaic/thermal(PV/T) -air
conditions, which means under the condition of solar irradiation, the performance of the multienergy complementary
system in mode S and SA is better than that in mode A. The new heat pump system has a significant performance,
pump system
DU Boyao, QUAN Zhenhua, HOU Longshu, ZHAO Yaohua, REN Haibo
(Beijing Key Laboratory of Green Building Environment and Energy-Saving Technology, Beijing University of Technology,
Key words: micro-heat pipe array; microchannels; solar energy; direct-expansion heat pump; multi-energy
引用本文：杜伯尧, 全贞花, 侯隆澍, 赵耀华, 任海波 . 新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵性能[J]. 化工学报, 2020, 71(S1): 368-374
Citation： DU Boyao, QUAN Zhenhua, HOU Longshu, ZHAO Yaohua, REN Haibo. Performance of direct-expansion photovoltaic/thermal(PV/T) -air
conditions, which means under the condition of solar irradiation, the performance of the multienergy complementary
system in mode S and SA is better than that in mode A. The new heat pump system has a significant performance,
pump system
DU Boyao, QUAN Zhenhua, HOU Longshu, ZHAO Yaohua, REN Haibo
(Beijing Key Laboratory of Green Building Environment and Energy-Saving Technology, Beijing University of Technology,
直膨式太阳能热泵热水器集热_蒸发器流道结构分析与实验_刘睿盈
(c) 单元 3 结构及尺寸 图 2 三种流道结构单元
k 方程：
2.2 数学模型 2.2.1 模型假设 在实际生产中，所研究的结构单元按一定规律 排布，形成集热/蒸发器制冷剂流道。然而数值分 析中只研究尺寸较小的单一结构单元，故而假设制 冷剂在三种流道结构单元中没有温度变化。数学模 型建立中有如下假设 ： 1）流动为定常流动。 2）流体为不可压缩的牛顿流体。 3）忽略重力和由于密度差异引起的浮力。 2.2.2 流道单元的控制方程[8] 1）流体质量守恒方程：
[Abstract] With the development of economic and social in our country, building energy consumption is rising. Government is vigorously developing green building to make full use of renewable energy. As a result, solar energy has been paid widely attention. Solar assisted heat pump water heater combines heat pump and solar energy to satisfy the domestic hot water demand. A solar assisted heat pump system was introduced in this paper. In a direct solar assisted heat pump system, the solar collector/evaporator is a critical component, and the performance of the collector/evaporator is affected a lot by the flow channel structure. Through the theoretical 3D numerical simulation of three different channel styles with Fluent software, the temperature distribution on the surface of the collector was obtained. Based on the heat transfer in the channels, a methodology for the design optimization of the collector/evaporator was introduced and applied. [Keywords] Collector/evaporator; Different channels; Fluent software; Temperature distribution
k 方程：
2.2 数学模型 2.2.1 模型假设 在实际生产中，所研究的结构单元按一定规律 排布，形成集热/蒸发器制冷剂流道。然而数值分 析中只研究尺寸较小的单一结构单元，故而假设制 冷剂在三种流道结构单元中没有温度变化。数学模 型建立中有如下假设 ： 1）流动为定常流动。 2）流体为不可压缩的牛顿流体。 3）忽略重力和由于密度差异引起的浮力。 2.2.2 流道单元的控制方程[8] 1）流体质量守恒方程：
[Abstract] With the development of economic and social in our country, building energy consumption is rising. Government is vigorously developing green building to make full use of renewable energy. As a result, solar energy has been paid widely attention. Solar assisted heat pump water heater combines heat pump and solar energy to satisfy the domestic hot water demand. A solar assisted heat pump system was introduced in this paper. In a direct solar assisted heat pump system, the solar collector/evaporator is a critical component, and the performance of the collector/evaporator is affected a lot by the flow channel structure. Through the theoretical 3D numerical simulation of three different channel styles with Fluent software, the temperature distribution on the surface of the collector was obtained. Based on the heat transfer in the channels, a methodology for the design optimization of the collector/evaporator was introduced and applied. [Keywords] Collector/evaporator; Different channels; Fluent software; Temperature distribution
关于直膨式太阳能热泵技术的思考
关于直膨式太阳能热泵技术的思考一、实验现象的论述目前正在研究的双源一体热泵热水机,其对太阳能的吸收效果我们一直没有得到一组很好的数据。
前期我们怀疑的焦点主要是两个方面：1）根据申菱以前的讲述似乎镀膜的双源一体机组与未镀膜的机组相比，在换热器胀管工艺环节似乎处理的不好，胀管可能有松动，接触不好等问题；2）怀疑镀膜翅片吸收的太阳辐射热量很可能来不及传入铜管内部介质就被周围环境空气流动带走，即整个系统需要进行隔热措施。
针对以上两个疑问，我们简单的进行了两次对比实验，具体实验结果如下：针对问题1做了以下对比实验：图1：镀膜与未镀膜机组在没太阳工况下的性能对比根据图1我们可以看到，如图中紫色字体显示，两机组在把水箱内水温从40℃加热到54℃的过程中，其所用时间均为35Min，消耗功率每隔5分钟的检测值也近乎是一致的。
图2：镀膜与未镀膜机组在有太阳的条件下性能对比根据图2我们可以看出，在有太阳的条件下，镀膜与未镀膜机组将一箱水从27℃加热到55℃所花费的时间基本均为50分钟，其各个检测点所得到的功率数值也基本一样，镀膜机组的太阳能优势并没有明显的发挥出来。
（备注：本次测试虽然是上午，但是太阳辐射变化较大，有微风）在排除了镀膜机组的胀管因素影响之后，即胀管可能会对系统效果有影响，但其并不是影响系统性能发挥的主要因素。
针对换热器可能与空气发生严重的对流而使辐射得热量损失进入空气中的怀疑，我们于2011年10月19日又进行了一次对比实验，实验结果如下：图3：添加玻璃盖板之后镀膜机组性能测试对比从图3可以看出，在添加玻璃盖板之后，下午把一箱150L的水由29.8℃加热到54.6℃所用的时间为68分钟；太阳落山之后的晚上把一箱水150L由31.5℃加热到54.5℃所用的时间为62分钟，时间基本一致，说明在添加玻璃盖板之后，虽然降低了机组换热器与周围环境的对流换热，但是在整个加热过程中，太阳能对系统总加热量的贡献还是比较微弱的。
直膨式太阳能热泵系统特性分析及优化
图 １ 太 阳 能 热 泵 系统 类 型
收稿 日期 ： ０ ９ １—５ ２０ —０ １ 基金项 目： 广东省科技攻关 项 目（０ ７ ０ ００ ０ ３ ２０ Ｂ １８０ ３ ） 作者 简介 ：卜 其辉 （９ ５ ） 男 ， １８ ． ， 硕士研究生 ， 主要研 究方 向为新能源的开发利用技术
种装 置 ． 转移 到 高 温 热 源 中的热 量 包 括 消耗 掉 的
高 品质热量 和从 低 温热 源 中 吸收 的热 量 ， 以热 泵 所 是 一种 高效 节 能 的制 热 方式 ． 太 阳能／ 气能 双 源 一 体 式 热 泵 是 将 太 阳能 集 空
热 器和 热泵 有效 相 结 合 ， 太 阳 能和 空 气 能 中提 取 从 热 量 的高效 节 能设 备 ． 能避 免 太 阳能 热 泵 受 时 间 它
热器充当， 即以太阳能为热源， 另一个与之并联是传 统 的以空气 为热源 的蒸发 器．
２ 直膨 式 太 阳 能 热泵 相 关 特性 研 究
热 泵 是 通 过 消 耗 一 部 分 高 品质 （ 电 、 、 如 气 煤
等） 的能量 把热 量从 低 温 热 源 转移 到 高 温热 源 中 的
一
和非直 膨式 两 种． 非 直膨式 热 泵系统 中 ， 阳能 集 在 太
热 介质 通 常采用 水 、 空气 或 防冻溶 液等 流体 ， 它们 使
王如竹 等在这 方面 也做 了大量 的研究 引 ， 们采 用 他 无盖板 、 无底部 保温 、 表面 喷涂光谱 选择性 材 料 的平 板型集 热蒸发 器 ， 用铜管／ 选 铝板 焊接方 式或 全铝 板 热吹胀 方式制 作 ， 系统 Ｃ Ｐ是 ３ １ ～ ．１ Ｏ ． １ ６６ ． 为了增 加 集 热 器 对 太 阳能 和 空 气 能 的 吸 收 能 力 ， 年螺 旋管 翅 式 集 热器 作 为蒸 发 器 已逐 渐 应 近几 用在 直膨式太 阳能 热 泵上 ． 南 大学 徐 国英 等人 对 东 南京冬 季环境 下 配 备 ２２ｍ ． 全 裸 式 螺旋 管 翅 集 热
直膨式太阳能热泵系统的热力性能分析
直膨式太阳能热泵系统的热力性能分析1 背景介绍现已普及的节能可再生能源应用技术之一便是太阳能热泵，也称热泵系统，它在工业生产、家庭及商用等新建和改建中有着更多应用。
其工作原理就是将大自然资源中的低温改变为高温相对较高的温度，然后使用太阳能节能装置将太阳能处理成热能，再在建筑环境中应用，来实现可再生温度热能和冷能的节能利用。
而嵌入式水冷型太阳能热泵系统开始由台湾邦威集团的BaoWei Energy于2012年开始投入大批量生产，由于其在夏天高温环境下，比传统压缩机系统更有效率，因此备受欢迎。
2 膨胀式太阳能热泵系统介绍膨胀式太阳能热泵系统是一种新型的混合太阳能热泵系统，其基本结构由两个独立的水箱、太阳能收集单元（CPE）、储热单元、控制单元（RCU）以及热交换器组成。
这种太阳能热泵系统是以膨胀型逆变器为动力驱动，在使用过程中，太阳能系统通过太阳能资源从而达到节能提升的作用。
3 热力性能分析膨胀式太阳能热泵系统是基于热剥落原理进行工作，通过热力循环系统控制加热系统，达到节能提升的作用。
热力分析分为静态与动态两种方式，其中静态热分析适用于长期分析，而动态热分析更加适用于短期分析。
热力分析的过程中，首先评估各组件的设计工况，输入室内温度、新风温度、太阳能收取的热量等影响参数，进而计算得出各环节的能量转换，得出系统性能指标，其主要包括总机组效率、非常见等效散热器效率、太阳焦耳温度、电耗等性能参数，为相关权力部门提供依据，可为该系统决策提供依据。
4 结论本文综述了嵌入式水冷型太阳能热泵系统，介绍了膨胀式太阳能热泵系统的工作原理及热力性能分析，其热力分析由静态与动态两种方式进行，最终计算的系统性能指标可为相关权力部门提供依据，保障可再生温度热能和冷能的节能利用效率。
因此，膨胀式太阳能热泵系统开始由台湾邦威集团以及其他类似企业生产，有望受到更多消费者的喜爱。
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太阳能集 热器
面 积 0 ' m 7 . 面 :1m 倾 3 积 .' 6 角: 5 0
表面处理 :涂黑板漆
钢管内径: 1 外径: 1 m 间 Om m 2 m 距: 1 m 2 c 集热板 材料: 铝板 吸收率:0 . 9
实验系统 原理图如图 I所示 :
1 压缩机 2 冷凝器 3 热力膨胀阀 4 太阳能集热器 兼作蒸发器) 〔
境吸收的热量也就越 少,另一方面集热器中工质吸热量增加, 使得工质含汽量 增加 , 这
将引 起阻力加大, 换热系数减少;这些因素都将会导致集热器的 效率降低.
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今 20
共 口 4 今 之 0 s 口 肖 贬 已 0
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' 习
I一 1 I 2
收 _ 热n ,这样可使集热器的效率有所提高,但对热泵系统来说, 蒸发温度低是不利的, 如 何解决这一矛盾, 值得进一步探讨.
呼,叫,
了几n 少 唁r飞
了
气 八L扭,勺 矛丁 飞勺r一
卜' 亏 一 ' 「r ' ,,七 , 户 月J . mp r .1 , 二一 . 气1 尸
5 干燥过滤 器 6 电加 热器 7 汽液分离器 8 流量计 图1 直接膨胀式太阳能热泵实验系统 原理 图
三 ,实验结 果及分析 实验是在晴朗 天环境温度为 2 ~2.℃, / 温度范围 1 ℃ 5 , 5 7 5 集热 蒸发 为 5 ~2 ℃ 冷
凝 度 5 5 , 辐 量 0一 1 0/ 的 况 进行 . 在 午 1 温 为3一5℃ 太阳 射 在7 0 0 w 2 情 下 的 系统 上 0 0 m
℃, 冷凝温度为3一" ℃的工况下, 5 热泵的 性能系数达到了2 5 . , . 一3 5太阳能集热器效率在5% 5 3 0一
7%之 间. 0 关键词 : 直 接f胀式太 阳能热泵 . , 太阳能集热器效率 热m件能 系f 4
一 ,前言 能 源紧张和环境污染是当 今世界各国 面临的 重大社会问题, 严重影响着人类的 它正 生存与发展. 这使人们越来 越关注象太阳能 这样的 清洁能源和热泵这样的节能技术的实
11刀 44 11. 4 69 16 .7 4 36 17. 4 16 19 . 2 13 12 . 5 57 12 . 5 52
46 5 55 6 40 8 4 65 48 0 45 5 46 5
3. 04 2. 55 3. 05 3.5 1 2. 69 3. 35 3. 28
70 2
7 05 8 20
. ' | 1 .l | | | | | | | 1
环 温
境 度
℃
辐 射量 冷 wm l2
72 0 95 4 76 8
凝蒸
℃
温 度 遇
发 集 热器 冷凝放 压缩功 性 能系 率 数 度 进出 口 热 量
℃ 压差
W W COP
Mp a
27. 5 25石 2 4 7. 2 6名 2 8 6. 272 . 265 . 37. 5 5 25 3. 40. 6 38. 5 419 . 1 .6 53 2 25 4. 1. 838 1. 61 1 5 5. 1 1 7.8 ! &42 0.1 1 0.39 1 0.3 1 0. 8 07 0. 5 09 0.23 1 0.25 1
Sci . S l E e y cIc V l2)p . - 7 etnIt o r S . . o. , 2 1 8 . o n. a n g e n , . p 8 2
Q ) .o a, l-st hapm, l Ee y 1 , 2. 3 .r r n orssd t p or r 2,9( 8) )RG lg S aai e u S a ng 82 1 e 9
点钟左右启动, 每隔 1分钟记录一次 0 数据.以 下的表 2 及图2 一6 为部分实验结 果.
由表 2可 以看 出:
I Q一 1 1
1 . .
( ) 1 冷凝温度, 温度和 蒸发 太阳 辐射量为直接膨胀式 太阳能热泵系统性能系 数的主要 影响因素, 冷凝温度高或蒸发温度 低都将使系统C P O 降低:
9 习 M.. De,W. t eln W. Bcm nD s n dl pr r ne ha pmp wi 4 PO' l . Mihlad A.ek a,ei m e ad f mac o et s t l 1 c , g o n eo f u h
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图2太阳能入射辐射量,环境温度, 集热温度随着时间的 变化
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图5 O 和71 C P 1 随冷凝温度的变化 .
图6 蒸发温度随冷 凝温度的 变化
由图5 可以看出, ,图6 在太阳入射 辐射量和环境温度不 变的 情况下, 随着冷凝 温 度的上升, 热泵的性能系数 C P下降较多,而太阳能 O 集热器的 效率下降得比较缓慢. 随着冷凝 温度的显著上升, 温度虽 蒸发 有所增加, 但增加幅 度并 不大, 因而集热器效率
3. 81 41 4 . 3
90 6
( 整个实验的蒸发f 2) m 偏低, l 度 除个别工况接近环境温度, 大多数工况低于环境温 度, 这也是造成目 前系统 C P O 不高的主 要原因;而造成蒸发温度偏低的 一个主要原因 ( 从 表 2中 可以看到) 是由于 集热器/ 蒸发器阻力较大, 一般在 . M a 右,相当于 . 左 l P 蒸发温 度降低 6 ℃; ( 3)由 于集热器进出口 压差较大,即 便太阳入射辐射量较大, 热泵性能系数 C P O值 也较小, 热泵性能较差 ( 表 2 即 由 中第二组数据可以 看出). 之所以 这样是因为此时冷 凝'度较高, i a l f 而蒸发温度并不很高. 可见, 制冷剂 在集热器内的 流动阻力, 对直接膨胀 式太阳 能热泵系统性能的 影响是比 较大的, 应尽量减小这一阻力口
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图3 O 和71 C P 11 -随太阳辐射量的变化
图4 蒸发温度随太阳辐射量的变化
由 4 图3 图 可以看出, , 在给定冷凝 温度和环境温度下, 随着太阳入射 辐射量的增 大 热泵的性能系 C P 数 O 增大,太阳能集热器效率反而下降.因为 对于给定的冷凝温 度, 太阳入 射辐射量越大, 蒸发温度越高 ( 由图4 可以 看出) 一方面集热器从周围环 ,
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辐射量时 ,是取某一 时间段 内的平均值 .冷却水流量 由流量计来测量 .
表 l
部件 压缩机 热 力膨 胀阀
冷凝器
说 明和尺寸
类型:Q 一滚动活塞 x 压缩机
额 定功率 : 7O 0W
PF2 R 1 2
类 型:套管式
J 口 . . 月 翎 嘴 ,
由图2 可以看出, 太阳能入 射辐射量在 70 W/' 0 ~ 0 m 之间变化, 10 0 集热温度/ 蒸发 温度在 1一 2 ℃ 5 5 范围内变化, 且具有相同的升降趋势, 说明蒸发 温度受太阳能 入射辐 射量的影响也较大. 整个实验期间蒸发 温度低于 环境温度, 集热器可以 从环境空 气中吸
下降得较少, C P却 下降得较明显. O
注:图36 T 表示冷凝温度;T 表示环境温度;e oCl -中 k - a f o表示集热器效率; i f f l safx 表示太阳入射辐射量. ( ) o r I ll u
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四 ,结论 本文对直接膨胀式 太阳能 热泵性能进行了 实验研究. 实验结果表明, 在夏季环境温 度为2 ~ 2.℃ 5 7 之间的晴朗 集热/ 5 天, 蒸发温度范围 1 ℃一 2 ℃, 凝温度为 3 一 为 5 5 冷 5 5` 5 C 的S况下, 热泵的性能 系数达到了25 . , . 一3 5 太阳能集热器效率在 5% 7% 5 3 0一 0 n
7emoya r, JRfi 18 Vo1 Noebr br dnmi I . r . 7 l vm e s m. e g 9 0
中国工 程热物理学会
工程 热力学与 能源利用 学术会 议
9 01 81 1
直接膨胀式太阳能热泵夏季运行工况的性能分析
刘 立平 赵军 张嘉辉 涂锋华
' 天津大 学热能与制冷 工程 系 天津 3 07 002
摘要 本 文设汁了一种直 接膨服式太阳能热泵,在该装置 中,-裸露平板太阳 能集热器同时 也用作热 泵蒸发器 .该系统在夏 季环境温度 为 2 5一 2. 75℃之间的晴 朗天,集热/ 蒸发温 度范围为 1 5℃~ 2 5
际应 用问题 II N.
为了改善热泵性能, 将太阳能和热泵两者结合的想法国 外已有人提出, 并有所研究 Q 习, 2 - 4 但国内的研究尚 不多 见. 在常规太阳能辅助热泵中, 太阳能集热器和热泵蒸 发器是两个独立的部件 其间 通过储热器相连.集热器中的 工作流体通常是空气和水, 其通过集热器进行循环并 被加热, 作为热泵蒸发器的 热源. 而直接膨胀式太阳能热泵是 将集热器和蒸发器合并成一个部件,该部件具有两者的 功能,由于有太阳能直接输入, 来自 冷凝器的 制冷剂在太阳能 集热器 蒸 j 发器中蒸发. 与常规太阳能热泵相比, 直接膨胀式太阳能热泵具有更好的热力性能. 制冷工质作 为太阳能集热器中的工作流体 在集热器中直 接膨胀和蒸发, 除去了用水作为 热传递流体 的集热器所具有的夜间结冻问 题. 此外,该热泵系 统去掉了常规蒸发器和中间热交换