太阳能辅助空气源热泵蓄能系统特性研究

发布时间：2018-01-07 05:12

  本文关键词：太阳能辅助空气源热泵蓄能系统特性研究　出处：《哈尔滨工业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：太阳能辅助空气源热泵(Solar-assisted Air Source Heat Pump,SAHP)蓄能系统,兼具蓄冷"供冷、蓄热"供热的功能,既有助于平衡电网峰谷差,也提升了太阳能热利用的能流密度,使其更稳定、更持久。本文在前人工作的基础上制造了一台蓄能容量为2572.5 k J的SAHP蓄能系统样机,并对其多种运行模式进行了实验测试,考察了样机在非定常工况下的稳定性及可靠性。针对系统供热量不足的问题,进行了可用能分析,结合实验研究改善了系统的供热性能。通过传热速率和传热效率分析,找到了提高SAHP蓄能系统运行能效的途径。提出了基于流动蓄能换热装置的SAHP新蓄能系统,对新系统的关键问题进行了实验与理论研究。研究结果显示,流动蓄能系统在运行能效、可用能效率以及传热的速率和效率方面均取得了一定进展。SAHP蓄能系统在制冷工况表现优良,各项指标在不同运行模式均能满足设计要求,尤其在夜间室外干球温度不高于25.0℃的条件下,蓄能换热器在蓄冷—供冷循环呈现很高的能源利用率。SAHP在制热工况表现欠佳,尤其是供热量始终未能满足设计要求。提升太阳能热水温度"流量对改善SAHP的供热效果有积极作用,且太阳能热水温度的影响更重要。此外,在运行过程中转换模式对系统的稳定性、安全性和可靠性没有消极影响。建立了SAHP蓄能系统的可用能分析模型,阐明了影响三套管蓄能型换热器运行性能的关键因素。通过优化匹配蓄能换热单元,可有效改善SAHP蓄能系统在制热工况的供热量及能效,并使其满足设计要求。其原理是,在制冷"热泵循环,系统蒸发器内热流通量越大则热泵能效越高。因此,应根据实际需要,尤其是运行模式的不同,对蓄能换热单元的数量做出相应的增"减调整,以匹配系统其它部件的容量。蓄能换热单元数量的调整,本质是蓄能容量与蓄(释)能速率的再平衡。引入热势容概念,定量分析了蓄能换热单元在蓄能-释能循环的传热速率和传热效率。分析表明,三套管蓄能型换热器作为一种特殊的间壁式换热器,兼具换热、蓄能的双重功能,有典型的二元性;提高蓄能换热器的传热速率未必有利于提升系统的整体性能,改善蓄能换热器传热效率的根本是增进蓄能工质与冷流体(制冷剂)间的传热速率,而蓄能工质的传热热阻是限制此类传热过程速率"效率提升的终极因素。在此基础上,提出了基于流动蓄能换热装置的SAHP新蓄能系统。通过理论和实验方法,构建了蓄能工质在蓄能-释能温度区间内的二元串联黏性模型,揭示了相变流动与换热耦合规律。在蓄能工质的蓄能-释能温度范围内,工质流动稳定,未发生凝固;与同等条件下的液态水相比,其流动阻力约为水的1.2至6.0倍,在低流速区间(实际应用条件)不会增加过多的输送成本;蓄能工质在传热管内的放热过程因其自身的相变(自由焓释放)和流变得到强化,若传热管内蓄能工质的流速合理,其热流通量可达到最大,该值约占其蓄能总量的60%。基于对蓄能工质的实验及理论研究,设计了流动蓄能的SAHP新系统。流动蓄能系统中,蓄能换热器与蓄能容器独立设置,削弱了换热器内传热结构不对称的影响,提升了蓄能换热器的传热速率。由于蓄能工质与冷流体对流传热,提升制冷"热泵循环的蒸发温度6~8℃,有效改善了蓄能-释能循环的传热效率,降低了热量传递过程中的耗散。此外,可用能分析结果显示,流动蓄能系统的制冷"制热量、EER均提升了10%以上,可用能效率由原来的28%左右提升至32%左右。本课题研究是国家自然科学基金“三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统创新及特性研究(No.51178133)”的一部分。本文工作对深入研究SAHP蓄能系统具有重要意义,为设计效率更高的蓄能系统"装置提供理论指导。本文提出的流动蓄能换热装置可有效提升SAHP蓄能系统的能效,为空气源热泵的低温适应性研究提供有益参考和借鉴。
[Abstract]:澶�闃宠兘杈呭姪绌烘皵婧愮儹娉�(Solar-assisted Air Source Heat Pump,SAHP)钃勮兘绯荤粺,鍏煎叿钃勫喎"渚涘喎,钃勭儹"渚涚儹鐨勫姛鑳，

本文编号：1391112