太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵热水与空调系统初探
空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源初探
空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源初探摘要空气源热泵作为太阳能热水系统辅助热源，弥补了常规太阳能热水系统的缺陷，特别适用于充分利用太阳能的前提下，仍然需要大量使用辅助热源的太阳能热水系统。
两者有机结合，既可充分利用太阳能，又可节约辅助能源，最大限度降低运行成本，节省费用。
关键词空气源热泵太阳能辅助热源集热容积储热容积中图分类号：tk511 文献标识码：a 文章编号：1简介空气能热泵热水机是继电、燃气、太阳能后的第四代热水器，用一度电可以获取4度电产生的热量，是一种非常高效节能的新型产品。
如果全国25%的家庭换用热泵热水机，一年就可节约电能约1420亿千瓦时（三峡电站2008年发电量才808亿千瓦时，相当于为国家建立了一个半的三峡电站；相当于节约了1730万吨标准煤；减少二氧化碳排放3690万吨，减少二氧化硫排放14.7万吨。
空气能热泵热水器以电能为工作能源，热源来自空气中热能，不存在任何污染；运行过程中水电完全隔离，靠铜管导热，使用绝对安全；工作过程主要热量由空气中取得，同时电热能也转换为热量，因此它加热同样体积热水所需费用非常低。
2优点太阳能集热系统的最大优势在于，在日照充足条件下，整个系统运行成本几乎为零，这也是在太阳能比较丰富的地区以太阳能作为生产热水主要能源的重要原因。
其缺点在于，当天气条件不利（如光照不足、夜间等情况）或者屋面可放置集热器面积有限时，只能依靠辅助热源进行加热。
空气源热泵热水机组与太阳能集热系统相比，最大优势在于只要室外环境温度在机组运行范围内（-10～50℃）就可以全天候直供热水，弥补了太阳能本身存在的缺陷；同时在相同条件下，机组占地面积远小于太阳能集热板的占地面积。
可见，空气源热泵作为太阳能集中热水系统辅助热源最大特点是，弥补了常规太阳能热水系统的缺陷，且其本身具有节能性。
因此，将空气源热泵作为太阳能集中热水系统辅助加热系统特别适用于太阳能较丰富、年平均气温在20～30℃地区，在充分利用太阳能的前提下，仍然需要大量使用辅助热源的太阳能热水系统，如酒店、病房楼等需要24小时热水供应，且夜间热水用水量较大的建筑热水系统。
跨临界CO2热泵热水系统标准化热水供应的仿真模型与实验研究
跨临界CO2热泵热水系统标准化热水供应的仿真模型与实验研究王哲龚毅吴学红侯锋李亚强郑州轻工业学院制冷与低温研究中心河南郑州450002摘要：使用CO2天然制冷剂作为空气源或水源热泵介质技术已经逐步商业化，跨临界CO2热泵热水系统的研究有助于节能减排，优化住宅热水供应。
本文的目标是在研究不同热水需求量变化对热泵热水系统性能影响的实验基础上，针对热泵和水箱系统的相关性能参数建立了跨临界CO2热泵和储水箱的数学模型。
实验结果表明：在±20%热水需求量变化范围内，热泵系统性能参数呈现平稳变化趋势；高压侧压力对热泵系统COP和热水流量，温度等参数均有影响。
关键词：跨临界CO2、热泵、COP、水箱、仿真模型、实验研究Experimental Study and Simulation Model of a CO2Transcritical Heat Pump Water Heating System under a Standardized Demand Wang Zhe GongYi Wu-Xuehong HouFeng Li-YaqiangZhengzhou University of Light Industry,Henan Zhengzhou450002Abstract:Water-to-water or air-to-water heat pumps using CO2as a natural refrigerant have been developed and commercialized.They are expected to contribute to energy saving in residential hot water supply.The goal of this paper is in experimental basis on the different hot water demand changes in the heat pump and hot water system performance ing of performance parameters to establish the mathematical model of a transcritical CO2heat pump and storage tank.The experimental results show that:in the range of±20%of hot water demand,heat pump system performance parameters show a steady trend;The high-pressure side pressure changes affect the COP of the heat pump system and the flow and temperature of the hot water system.Keyword:Transcritical CO2,Heat pump,COP,Water tanks,Simulation model,Experimental study 1.引言使用自然工质CO2的空气源和水源热泵热水器已经逐步走向商业化，而通过实际验证跨临界CO2热泵热水系统的应用有助于节能减排，优化住宅热水供应等[1]。
CO2跨临界循环在热泵热水器中的应用研究
CO2跨临界循环在热泵热水器中的应用（郑州轻工业学院机电工程学院）摘要全球正面临着严重的温室效应和臭氧层破坏问题，各国都致力于研究出氟利昂的替代制冷剂。
CO2是一种天然工质，它优于其它常用制冷剂的性能表现正好符合现在的环境要求，是热泵热水器系统最具潜力的替代工质之一。
分析目前市场上出现的各种热水供应设备，将CO2和其他制冷剂做性能比较，给出了CO2跨临界循环的典型流程和特点；对CO2跨临界特性、设备的开发以及循环的可靠性和安全性进行综合分析。
说明CO2跨临界循环在热泵热水器中应用的优越性，以及该技术在国内的应用前景和方向。
关键词二氧化碳跨临界循环热泵热水器A Study on The Application of CO2 Transcritical Cycle inHeat Pump Water Heater(College of Mechanical and Electrical Engineering in Zhengzhou University of LightIndustry)Abstract We are facing serious whole world green-house effect and the ozone layer destroyed in recent years, every country is focusing on the research of a replaced refrigerant of the HFC.CO2is a natural substance, it has a more excellent performance than the other refrigerants, which is competent for the enviromental request nowadays. So it can be the most potential refrigerant in heat pump water heater to replace the HFC. By analysing a series of devices, providing hot water, saled in the markets, and comparing CO2 with the the other refrigerants, this article tells the typical diagram and the characteristic of the CO2transcritical cycle and anlyses the properties of CO2refrigeration transcritical cycle, the equipment exploitation and the security and reliability of the CO2transcritical system.The aim is to introduce the superiority of the application of CO2 transcritical cycle in heat pump water heater, and tell us the potentiality and the direction of CO2 transcritical cycle technology in China. Keywords CO2 transcritical cycle heat pump water heater0前言二氧化碳作为制冷剂已经超过100年。
跨临界CO2热泵热水器的实验研究
应和臭氧层破坏 尤为突 出。在供 热装置中 ，由 于工质Ｃ Ｃ 和 Ｈ Ｆ ｓ 臭氧 层和 大气变 暖均 Ｆ ｓ Ｃ Ｃ对
有很大影响 ，寻 找绿色有效 的替代物 成为必然 趋 势 。Ｃ 为一种 自然 工质 ，其Ｏ Ｐ Ｏ作 Ｄ 为零 ，
摘要：对于热泵循环系统ＣＯ 是不可替代的 自然工质 ，为此研究跨临界ＣＯ 热泵热水器
１ 言 前
当前 环境 问题 已备 受关注 ，其 中温 室效
作 ， 开展对 ８ —０ Ｌ ０２ ０ 系列 的Ｃ ， 泵热 水器进 Ｏ热 行研 究和 开发 。
是十分必要 的。为了研究如何提高 热泵热 水器的效率，我们搭建ＣＯ， 热泵热水器实验 台 。实验结果表 明 ：在冷却水 出水温 度为
关键词：跨临界；ＣＯ ；热泵热水器；ＣＯＰ ，
温度 的影响，在 国内常规 工质的热泵热水器 出 水温度 一般 设定在４ — ０ ５５ ￣ Ｃ，而与 日本标准 相
比，其 出水温 度设定为６ ℃，这对于人体健康 ５ 有着重要意义…。 １ ９ 年 ，跨临 界ｃ ， 泵系统首 先是 由挪 ９４ ｏ热 威Ｎ Ｎ ／Ｉ Ｔ Ｆ ｕ ｔ ｏｅｔ ｎ Ｔ Ｕ ＳＮ Ｅ 的Ｇ ｓ ｖＬ ｒ ｚ 教授提 出 ａ ｎｅ 和做 了深 入 的理 论和 实验 研 究 ，并制 作样 机
不宜过低 。
设定高压压 力为 １． ＭＰ 左右 ，可以有效地提 ０５ ａ ７
Ｉ， ２３ ］
ｏ
回热器 、储 液器等 ，其 中压缩机采用双级滚 子 转 子式 压缩 机 ，蒸 发器 采用 套 管式 换热 器 ， 套管 内管走Ｃ Ｏ ，管外走水 。而气体冷 却器流 道正好与蒸发 器流道相反 ，套管内管走水 ，为 多头 高效螺纹 管，外管 为钢管 ，Ｃ ２ 夹层流 ０在 动 ， 由于压 力相 对较 高 ，控 制夹 层容 积可 以 控 制流速 。蒸发器 和气体冷却器均 采用 逆流换
跨临界CO2热泵热水器系统的试验研究
是《 京都议定 书 》 限制这 类 物质 的原 因 。Ｃ 一 Ｏ 是
立公 司 已经 将 在 环 境 温度 分 别 为 一２ ５℃ 和 一３ ０ ℃下能 制取 ８ ０℃和 ７ ０℃热水 的机 型推 向了市 场 ， 根据性 能 、 贮水 量的 不 同 ， 格在 ６ ～ １０万 日元 价 ５ ０ 之间Ｅ 。在我 国， 对跨 临界 Ｃ 泵 的研 究 ， 海 Ｏ 热 上 交通 大学 、 天津大 学 、 西安 交 通大 学 、 清华 大 学 、 上 海 理工大 学 都 作 了 理论 与 试 验 方 面 的研 究 ， 很 但 多关 键部件 ， 比如 气体 冷 却器 、 发 器 、 流 阀 等 ， 蒸 节 在 国内制 做 出来 后 ， 性 能 与 国外 的仍 有 很 大差 其 距， 同时对 影 响 系 统性 能 系数 的各 种 因 素 及 变化
ｃ ｎ ｔｏ ｈ ｎ ｎ ｔ ｒ ｆｏ ｏｆｇ ｓ ｃ ｏｌｒ ｏ ｄｉｉ ｎｓｂｙ ｃ ａ ｇｉ ｇ ｗａ ｅ ｌｗ ａ ｏ ｅ ．Ｔｈｅ ｅ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｔ ｅ ｘｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ
ｔａ ｓ ｒｔ ａ （２ ｙ ｌ ｓ ｄ ａ ｔｇ ｏ ｓ ｖ ｒ ｔ ｏ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ Ｉｒ ｆｉ ｅａ ｔ ｙ ｌ ， ｎ ｒ ｎ ｃ ｉ ｅ ｌＣ ） ｉ ｃ ｃｅ ｉ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｕ ｏ ｅ ｈ ｓ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｅｒｇ ｒ ｎ ｓ ｃ ｃｅ ａ ｄ ｏ
太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵热水与空调系统初探
第 ６卷
第 ６期
制 冷 与 空 调
ＲＥＦ ＧＥ ＲＩ ＲＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ Ｒ ～ＣＯＮＤＩ ＯＮＩ ＡＩ ＴＩ ＮＧ
２００６年 １ ２月
太 阳能辅 助 空气 源 跨 临界 二 氧化 碳 热 泵 热水 与 空调 系统 初 探
ｔｒ ｏ ｌ ｒ ｖ ｄ ｉ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｍｏ ｅ ｕ ｈ ａ ｅ ｔｎ ｅ ｃ ｕ ｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ｆ ｐ ｒ ｔ ｄ ｓｓ ｃ ｓ ｈ ａ ｉ ｇ，ｒ ｆｉ ｅ ａ ｉ ｎ，ｈ ｔｗａ ｅ ，ｈ ａ ｉ ｇ ＋ ｎ ｖ ｏ ｅ ｒｇ ｒ ｔｏ ｏ ｔ ｒ ｅ ｔ ｎ ｈ ｔｗａ ｅ ，ｒ ｆｉ ｅ ａ ｉ ｎ ＋ ｈ ｔ ｔｒ ａ ｄ ｈ ｓ ｔ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅｏ ｎ ｒ ｙｅ ｏ ｏ ｚ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｖ — ｏ ｔ ｒ ｅｒｇ ｒ ｔ ｏ ｏ ｗａ ｅ ， ｎ ａ ｈ ｄ ａ ｔｇ ｆ ｅ ｇ ｃ ｎ ｍｉａ ｉ ｎ ｎ ｉ ｅ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｎ ｏ ｍ ｎ ａ ｒｔｃｉ ． ｏ ＫＥ ＯＲＤＳ ＣＯ２ ｒ ｎ ｃ ｉ ｃ ｌｃ ｃｅ ｅ ｔ ｐ ｍｐ；ｓ ｌｒｅ ｅ ｇ ＹＷ ａ ｓ ｒｔ ａ ｙ ｌ ；ｈ ａ ｕ ｔ ｉ ｏａ ｎ ｒ ｙ
关键词 Ｃ ２ 临 界 循环 ０ 跨 热泵 太 阳 能
Ｄｉｃ ｓ ｉ ｎ ｏ ｏ ａ － ｉ ｏ ｐ ｕ ｏ ｒ ｅ ｔ ａ ｃ ｉｉ ａ ｓ ｕ ｓｏ ｆｓ ｌ ｒ ａ ｒ ｃ ｍ ｏ ｎｄ ｓ ｕ ｃ ｒ ｎｓ ｒ ｔｃ ｌＣＯ２ｈｅ ｔ ａ
ｐ ｍ ｐ ｗａ ｅ ａ ｅ ｎ ｉ － ｏ ｄ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｕ ｔ ｒ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｃ ｎ ｉｉ ｎ ｓ ｓ ｅ
孙 兆虎 姜培 学 邓建强
浅谈太阳能—空气双热源热泵中央热水系统
浅谈太阳能—空气双热源热泵中央热水系统作者：叶鲲鹏来源：《中国科技博览》2013年第26期摘要：本文针对新提出的一项技术—太阳能-空气双热源热泵中央热水系统进行了介绍，这项技术是在原有的太阳能技术的基础上研究出来的热水和热泵复合系统。
该系统的主要热能是来自太阳能直射以及在空气中储存的太阳能，以较少的电能进行辅助驱动双热源热泵。
该系统能够在任何气候环境下，经济的、节能的、全方位的满足人类对热水的需求。
关键词：太阳能-空气双热源热泵中央热水系统中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-368-011 双热源热泵中央热水系统的研究背景太阳能资源是一种取之不尽、用之不竭的安全和清洁的能源，它作为一种新开发的能源，越来越受到人们的关注。
人们对该能源的开发和利用，主要采用两种方式：一是，太阳能转换成热能；二是，太阳能转换成电能。
太阳能热水器系统是高效、经济地利用太阳能的一条路径。
但是，该系统采用的太阳能集热器只能依赖当地的气温，在天气变化时，不能实现稳定供热。
特别是在阴雨天气，或者是在气温较低的冬季，就不能满足人们对热水的需求。
为了解决上述中在太阳能利用过程中存在的缺陷，于是有研究提出将太阳能的加热系统作为热源，为蒸汽压缩式热泵系统提供能量。
蒸汽压缩式热泵在温度较低的时候运行效率低；而太阳能的加热系统在温度较低的时候，其内部设置的集热器的集热效率比较高，在其蒸发温度很高的时侯，热泵系统效率比较高，所以太阳能能为热泵系统提供热源。
空气源热泵和太阳能热水器的结合能够取长补短，实现优势互补。
该系统的主要热能是来自太阳能直射和空气中储存的太阳能，以较少的电能进行辅助驱动双热源热泵。
该系统是一种充分利用自然能源、绿色环保、适应能力强、高效率低成本的新型冷热源系统，它具有两个主要的优点：（1）使得建立太阳能热水系统的总投资减少；（2）在出现阴天下雨或者温度较低的气候的时候，太阳能不能满足热水供应，该系统能够保证在任何环境下全年提供热水。
带喷射器的跨临界CO2水源热泵空调系统性能研究
带喷射器的跨临界CO2水源热泵空调系统性能研究带喷射器的跨临界CO2水源热泵空调系统性能研究随着全球气候变暖和能源消耗的增加，人们对节能环保技术的需求越来越迫切。
空调系统作为能耗较高的设备之一，其效能的提高和能源利用的优化是当前研究的重点之一。
本文将对一种新型的带喷射器的跨临界CO2水源热泵空调系统进行性能研究。
跨临界CO2水源热泵空调系统是一种结合了CO2和水源热泵技术的新型系统。
CO2作为制冷剂，具有零臭氧潜能和较低的全球变暖潜能，更加环保。
而水源热泵则利用了地下水或湖水等水源的恒定温度进行热交换，既节省了能源又减少了环境污染。
首先，对系统的热泵循环性能进行了研究。
通过数值模拟和试验验证，得到了不同工况下系统的制冷量、制热量和COP （制冷能力系数）等参数。
结果表明，在不同冷暖负荷和水源温度的变化下，该系统能够稳定地提供所需的制冷和供热能力，并且COP较传统空调系统有较大的提高。
其次，对带喷射器的系统性能进行了研究。
喷射器是一种利用高压液体使制冷剂蒸汽膨胀的装置，可以提高系统的制冷性能。
通过调整喷射器的参数，如供液量和喷射孔直径等，得到了不同喷射器工况下的系统性能曲线。
结果表明，喷射器的使用可以显著提高系统的制冷效果，减少能耗，并且对系统的运行稳定性没有明显影响。
最后，对整体系统的能源利用情况进行了综合分析。
考虑到系统在不同季节和工况下的运行需求，综合比较了该系统与传统空调系统的能源消耗情况。
结果显示，带喷射器的跨临界CO2水源热泵空调系统在绝大多数情况下具有更低的能耗，更高的能源利用效率，且更加环保。
综上所述，带喷射器的跨临界CO2水源热泵空调系统具有良好的工作性能和能源利用效果。
随着节能环保技术的不断发展，相信这种新型系统将会在未来得到广泛应用，并为人们提供更加舒适和环保的室内环境。
对于气候变暖和能源消耗问题，这将是一个重要的解决方案综合以上研究结果可以得出结论，带喷射器的跨临界CO2水源热泵空调系统具有稳定的制冷和供热能力，并且相比传统空调系统具有更高的能源利用效率和更低的能耗。
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Ξ 收稿日期 :2005211224 通讯作者 :孙兆虎 , Email ;sunzhaohu @sina. com. cn
第 6 期 孙兆虎等 :太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵热水与空调系统初探 · 21 ·
第 6 期 付卫东等 :管带式换热器动态调节性能研究 · 19 ·
(a) 可以看出 ,空气的出口温度对水温的斜波响应 , 在一定的延时后基本上也是一输出斜波 ,并且从图 3 (b) 可以看出 ,对水的入口温度的齿波响应 ,空气 的出口温度是以波动形式输出的 ,但变化的幅度要 小于液体温度的变化幅度 ,并且气体的最大温度比 调节液体最大温度小 0. 5 % ,气体的最低温度比调 节液体最低温度高 10. 5 % ,也就是对低温调节的 效果没有高温好 ,这主要是换热器的余热惯性作用 的影响。综合上述分析可知 ,改变水的入口速度不 能调节空气的出口温度 ,而改变水的入口温度能对 空气的出口温度进行调节 ,但有一定的惯性 ,要小于 调节温度的变化幅度 ,并且高低温的调节不平衡。 3 结 论
参考文献
[ 1 ] 刘维华 ,陈芝久. 管带式换热器空气侧传热传质与阻 力性能的准则关联式. 流体机械 , 1994 , 22 ( 10) : 602 65.
[2 ] 杨 世 铭. 传 热 学. 2 版. 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 1989 :482.
[3 ] Integrated Systems SystemBuild User’s Guide. Santa Clara : Integrated Systems ,1996 :300
笔者建立管带式换热器的动态数学模型 ,并采 用 Matrixx 仿真软件对数学模型进行仿真 。仿真 结果表明 : 气体侧的出口温度在改变液体侧入口
速度时 ,开始时响应较快 ,但经过较短时间后 ,即使 改变液体侧的入口流速 ,气体侧的出口温度基本不 再改变 。气体侧的出口温度对改变液体侧入口温 度的响应有一定惯性 ,但它能随液体侧入口温度的 变化而变化 ,因此改变液体的入口温度能对气体的 出口温度进行调节 。
第 6 卷 第 6 期 2006年12月
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制 冷 与
EFRIGERA TION AND
空
A IR
调
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G
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太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳 热泵热水与空调系统初探Ξ
孙兆虎 姜培学 邓建强
(清华大学)
摘 要 提出一种结构与控制均非常简单的太阳能辅助空气源跨临界 CO2 热泵空调热水系统 ,包括太阳 能集热系统 、CO2 热泵系统以及室内室外换热系统 ;针对不同气候条件 ,可采用制热 、制冷 、热水 、制热 + 热 水 、制冷 + 热水五种运行模式 ,实现热水和空调两大功能 ,具有节能环保的优点 。 关键词 CO2 跨临界循环 热泵 太阳能
图 2 制热 + 热水运行模式原理图
· 2 2 · 制 冷 与 空 调 第 6 卷
4) 制冷工况 启动制冷模式 :四通阀 1 的 3 与 1 通道相连 ,2
与 4 通道相连 ,四通阀 2 的 1 与 3 通道相连 ,2 与 4 通道相连 。阀 1 和阀 2 分别将各自水换热器断开 。
Discussion of solar2air compound source transcritical CO2 heat pump water heater and air2condition system
Sun Zhaohu Jiang Peixue Deng Jianqiang ( Tsinghua U niversity)
随着人们对环境保护和人类可持续发展的高 度重视 ,以 CO2 为工质的研究成了一个新的研究 热点 。随着人们对舒适性要求的增加 ,制取热水及 提供空调环境所消耗的能源逐年上升 ,为了有效降 低能耗 ,提高综合能源利用率 ,利用太阳能及高能 效比的热泵系统便成为今后发展的重点 。笔者提
(上转第 19 页)
此系统可以分为太阳能系统和 CO2 跨临界热泵 (制冷) 系统 ,其中有三种管路系统 :CO2 系统 、热水 系统以及空气系统 。此系统在不同气候条件下 ,通
过太阳能集热系统和热泵 (制冷机) 系统的协调配 合 ,可实现制热水 、制热和制冷三种功能 。
图 1 太阳能辅助空气源跨临界 CO2 热泵热水与空调系统原理图
小 ;与其他工质空调系统比较 ,对于制热运行 ,该系 统工质更适合于低温循环 ,能在低温环境下稳定工 作 ,且由于该系统在蒸发器后又被太阳能加热 ,所 以提高了蒸发温度 ,从而提高了系统的 CO P 。 4) 冷凝热利用
对 CO2 跨临界循环 ,由于超临界区工质密度 在不断增加 ,循环的放热过程必将有较大的温度滑 移 ,这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配 , 是一种特殊的劳伦兹循环 ,其换热过程必将有较高 的放热效率 。而对于制冷 + 热水模式运行时 ,不像 传统空调系统大多把冷凝热当作废热而直接排向 大气 ,而是充分利用了空调系统的冷凝热 ,避免了 能量的浪费和环境的局部热污染 。 2 结束语
太阳能热泵[9 ] 是将太阳能利用技术与热泵技 术有机结合起来 ,比采用常规工质的空气源热泵提 高性能系数 50 %[10 ] 。另外 ,季杰等[11212 ]将家用空 调的热泵系统加以改进 ,使其具有热泵热水器的功 能 ,并通过合理匹配 ,协调运行 ,得到了集空调和热 水器于一体的多功能热泵系统 。 1 太阳能辅助空气源跨临界 CO2 热泵热水与空
图 3 制冷 + 热水运行模式原理图
1. 2 特性分析 此系统是太阳能集热系统与跨临界 CO2 热泵
系统的有机结合 ,即想达到热泵 - 空调 - 热水一体 机的作用 ,虽然比常规系统在运行的控制方面较复 杂些 ,但它具有以下优点 : 1) 绿色环保
首先采用 CO2 作为热泵系统工质 ,随着环境 保护的迫切要求 ,它将是传统氟利昂类工质的最佳 的替代者 。另外 ,对于太阳能可再生资源的利用 , 不会对环境产生危害 ,而且还是解决能源危机的重 要方法之一 。 2) 系统结构简单 ,功能完备
ABSTRACT Put s forward a solar2air compound source t ranscritical CO2 heat pump water heater and air2condition system , which is simple and easy2cont rolled. It includes solar collector , CO22heat pump and indoors and out doors heat exchangers. U nder different weat her , t he sys2 tem could provide five operation modes such as heating , ref rigeration , hot water , heating + hot water , ref rigeration + hot water , and has t he advantage of energy economization and envi2 ronmental protection. KEY WORDS CO2 t ranscritical cycle ; heat pump ; solar energy
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出的利用太阳能 - 空气源的跨临界 CO2 热泵热水 系统将太阳能利用与环境保护紧密结合起来 ,具有 一定的优势 ,有利于人类社会的可持续发展 。
参考文献
[ 1 ] 胡苏. 保护臭氧层议定与汽车空调制冷剂的替代. 汽车研究与开发 , 2003 , (1) :38241.
[ 2 ] Gustav Lorentzen , Jostein Pettersen. A new , efficient and environmentally benign system for car air - condi2 tioning. Int . J . Refrig. , 1993 , 16 (1) : 4212.
CO2 作为一种自然物质 ,是较为理想的制冷 剂 ,其优点在于无毒 、不燃 、具有零 OD P (ozone de2 pletion potential) 值 ,温室效应很低 ,价格低廉 ,不 需回收 ,对环境没有不可预见的负作用等 。除了环 境方面的友好性外 , CO2 还具有较高的容积制冷 量 ,较低的黏度 ,较好的传热性能等[122 ] 。目前作 为制冷界的一个热点研究领域 ,美国 、德国 、挪威 、 瑞典 、日本 、韩国 、澳大利亚等积极开展跨临界 CO2 循环在汽车空调 、家用冰箱 、制冰机 、家用热泵 、商 用热泵等领域应用的研究[326 ] 。
3) 制热 + 热水工况 a) 在光照强度足够的情况下 ,通过太阳能集 热器的水回路系统和热泵系统可相互独立 ,也可调 节阀 2 ,通过水换热器使热泵系统提高冷端温度 , 从而提高性能系数 。 b) 当光照强度不足时 ,开启热泵制冷模式 ,此 时调节阀 1 将室内水换热器串联在系统中用以加
启动热泵制热模式 :四通阀 1 的 3 与 2 通道相 热热水达到预定温度 。循环的原理图如图 2 所示 。
b) 当光照强度不足时 ,开启热泵系统 ,四通阀 1 的 3 与 2 通道相连 ,1 与 4 通道相连 ,四通阀 2 的 4 与 3 通道相连 ,2 与 1 通道相连 。阀 1 和阀 2 分 别将空气换热器断开 。此时热泵系统充分利用了 太阳能集热器端水换热器的热量 ,具有较高的性能 系数 。
2) 制热工况
5) 制冷 + 热水工况 a) 在光照强度足够的情况下 ,通过太阳能集 热器的水回路系统和制冷系统可相互独立 ,也可适
当调节阀 2 ,通过水换热器加热热水 ,提高热水温 度。