直膨式太阳能热泵系统的模拟分析

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直膨式太阳能热泵热水器不同工质的性能分析

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

%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

直膨式太阳能热泵系统的数学建模及验证_胡巍亚_侯亚祥_曹玉春_蒋绿林_陈孚江

直膨式太阳能热泵系统的数学建模及验证_胡巍亚_侯亚祥_曹玉春_蒋绿林_陈孚江

0引言太阳能热泵系统一般由太阳能集热器和热泵系统两部分组成,在直膨式太阳能热泵系统中,热泵系统的蒸发器由太阳能集热器取代,其系统主要由太阳能集热蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、干燥过滤器及相应管路部件构成。

太阳能热泵系统兼备了太阳能和热泵的优点,具有集热效率高,耗电耗能少等优点,现阶段主要应用于采暖、干燥和生活热水等领域。

太阳能热泵系统的研究主要从理论分析和实验研究两个方面着手,通过理论分析系统的各个部件,找出各部件之间的相互联系及各自的特性,经过实验研究不断优化设计,使系统各部件之间达到最佳的匹配,提高和改善系统的性能、变工况特性和可靠性。

对于太阳能热泵系统的数学模型,一般可分为稳态模型和动态模型。

稳态模型是指模拟系统在稳定工况下运行的数据结果处理分析,一般不需要考虑各部件变化频率的量级大小,即由不含时间量的代数方程组求解得到结果;而动态仿真模型则要考虑时间量级对系统影响的运行分析。

本文对直膨式太阳能热泵系统的重要部件建立了数学稳态模型,并给出了模型的求解方法[1],[2]。

1数学模型的建立1.1有盖板的平板太阳能集热蒸发器数学模型平板太阳能集热蒸发器[3]作为低温换热蒸发器,制冷剂在板内吸收太阳辐射和环境中的热量,通过压缩机绝热压缩把热量传递给冷凝器向被加热对象释放热量。

太阳能集热蒸发器(以下简称集热器)中制冷剂主要以相变换热为主,其物理模型如图1所示。

从图1中可看出,在制冷剂侧,管内包含两相区和过热区两个相区,装置在稳定运行过程中,制冷剂经节流后以低干度的气液两相状态进入集热蒸发器,在太阳照射的条件下逐渐受热蒸发,最终以过热气体状态离开集热器。

沿着制冷剂流动方向可以将集热器划分若干微单元,并建立分布参数数学模型。

图2所示为集热器中一基本微元管段截面图。

图中,h 1和h 2分别为微元段制冷剂进口和出口焓值,T 1和T 2分别为微元段制冷剂进口和出制冷剂两相区过热区管壁直膨式太阳能热泵系统的数学建模及验证胡巍亚,侯亚祥,曹玉春,蒋绿林,陈孚江(常州大学能源与动力工程系,江苏常州213016)摘要:文章建立了直膨式太阳能热泵系统的数学模型,其中包括有盖板的平板太阳能集热蒸发器数学模型、压缩机数学模型、冷凝器数学模型以及膨胀阀数学模型,并从两种角度对该数学模型进行求解,同时建立了实验平台,以实验数据来验证模型的正确性。

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

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

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

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

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

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

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。

直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准

直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准

直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准一、引言直膨式太阳能热泵热水系统是一种结合了太阳能热水系统和热泵技术的新型热水系统,其应用技术标准对于系统的设计、安装、运行等方面都有着重要的指导作用。

本文将从系统原理、设计要求、安装标准、运行规范等方面综合评估直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准,以期为读者提供全面、深入的了解。

二、直膨式太阳能热泵热水系统原理直膨式太阳能热泵热水系统是利用太阳能和热泵技术,通过将太阳能进行集热和储存,并结合热泵技术将储存的能量转化为热水供暖及生活用水的系统。

该系统通过充分利用太阳能资源和热泵技术,实现了能源的高效利用和环保目的。

三、设计要求1. 太阳能集热器的选型和布置应符合热水需求和实际安装条件。

2. 热水储存和供应系统应能满足日常生活用水和采暖的需要。

3. 蓄热罐、热泵及辅助设备的选用和配置应符合系统设计要求。

4. 控制系统应设计合理、操作简便,可靠性高,能够保证系统的安全稳定运行。

四、安装标准1. 太阳能集热器的安装位置和角度应根据当地的日照情况和建筑结构进行合理设置。

2. 热水储存和供应设备的安装应符合相关的安全技术规范和建筑标准。

3. 热泵及辅助设备的安装应符合相关技术标准,保证系统的运行效率和长期稳定性。

五、运行规范1. 系统的日常维护保养应按照相关规定进行,保证系统设备的正常运行。

2. 系统运行过程中的能耗、温度等参数应根据设计要求进行监测和调整,以保证系统的高效运行。

3. 系统故障的排除和应急处理应按照相关技术标准和操作规程进行,以确保系统的安全运行。

六、个人观点和理解直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准是保证系统设计、安装、运行的质量和效果的重要依据。

通过对系统原理、设计要求、安装标准、运行规范的全面评估,可以更好地指导和规范系统的应用和推广。

我个人认为,随着太阳能和热泵技术的不断发展,直膨式太阳能热泵热水系统将在未来得到更广泛的应用,相关技术标准和规范的完善将对系统的推广和应用起到积极的推动作用。

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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


—— 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
制 冷 剂 饱 和 液 比容 , k m/g 制 冷 剂 干 度
m ——压缩机 中的制冷剂流量 ,ss k /
LU L—ig , U a . e Z OJn ,H N u 4 I i n Q EY nz n , HA u Z A G H a p h
( . h n h i i e e U i r t ,S a g a 2 0 9 ,C ia 2 U b nP a nn 1 S a g a F s r s nv s y h n h i 0 0 0 hn ; . r a l ig& A c i c r ei s tt o u a hi ei n rh e t a D s n I tue f d n t u l g n i F
符 P _

, _
— —
太 阳能 辐 照 度 , m W/
透射吸收率 热损系数
集热器 中制冷剂 的平 均温度 , K
集 热 器 中制 冷 剂 的压 力 ,P ka


c 厂
G _
摩擦 阻力 系数
单 位 集 热 面 积 上 制 冷 剂 的质 流量 ,s ( ・ ) k/ m s
s se y t m. B s d o h e u t ,s me me s r sh v e n g v n t mp o e t e C ft e s se a e nters l s o a u e a e b e i e o i r v OP o y tm. h h
维普资讯
20 0 8年第 3 6卷第 O 7期
文 章 编 号 : 10 -0 2 (0 8 0 — 0 6 — 0 0 5- 3 9 2 0 )7 o7 5 -




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直膨式太 阳能热 泵系统的模拟分析
刘立 平 .阙炎振 赵 -, ,
( . 海水 产大学 , 1上 上海 3 天津大学 , . 天津
P 、 2 — 压 缩 机 进 出 口 的压 力 ,P P — ka
U i ri ,h nhi 04 3 C ia 3 Taj nvr t, ini 30 7 ,C ia4 n e i f h nh i n esy S aga 20 3 ,hn ; . i i U ie i Taj 0 0 2 hn ;.U i r t o aga v t nn sy n vs y S
集热器中制冷剂的压降 、 热器的类型 以及接触 热阻等因素对系统性能 的影 响。在此基础上 , 集 给出了改善系统性 能 C P O
的措施。
关键词 : 直膨式 ; 阳能热泵 ; 阳能集热器 ; 太 太 模拟分析 ; O CP
中图 分 类 号 : T 59 K 1 文献标识码 : A
S m u ato al i n r c - pa s o l r a sse atPu p yse i l i n An yss o a Die tEx n i n So a - s it d He m S tm
军。张 ,

20 3 ; 04 3 209 ) 00 3
20 9 ;. 海复旦规划建筑设计研究 院 , 0002上 上海 3 0 7 ; . 海理工大学 , 002 4上 上海
摘Hale Waihona Puke 要 : 利用平衡均相 理论建立 了太 阳能集热 器的数学模型 。根据测定 的环境参数 对该系统进行 了模 拟计算 , 分析 了
Ke r s y wo d : dr c —x a so i te p n in;s l ra sse e t u e o a — s itd h a mp;s l ol c o ;smu ai n a ay i ;c ef in fp r r a c p o a c l tr i lt n ss o f c e t e o r e o l i o f m ne
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