直膨式太阳能热泵热水器的模拟分析

发布时间：2020-10-11 10:13

　　 随着我国经济和社会发展以及城镇化进程的加快,建筑用能正在持续快速上升,其所占全社会能耗的比重不断增加。在建筑能耗中,热水需求耗能所占比重很大。通过将太阳能集热器和热泵蒸发器在结构和功能上合二为一,用来供应生活热水,实现太阳能热利用技术和热泵技术的有机结合,这便是直膨式太阳能热泵热水器。它具有集热效率高、系统性能系数高、运行成本低、易于实现与建筑物一体化结合等优点。本课题以提高直膨式太阳能热泵热水器的热力性能和推动实现其产品实用化为出发点进行研究,为规模化利用太阳能发挥作用,主要作了如下工作。 从直膨式太阳能热泵热水器的系统循环出发,建立了太阳能集热／蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动数学模型,采用二分法以换热管长为迭代判据进行了求解；建立了压缩机和膨胀阀的集总参数数学模型；同时建立了制冷剂充注量数学模型和制冷剂热力性质计算模型,给出了计算系统和部件制冷剂充注量、制冷剂热力性质的方法；通过制冷剂状态将各部件模型连接起来构成系统模型,通过分析得出了三个迭代判据(充注量判据、质量流量判据和过热度判据)和三个迭代变量(蒸发压力、冷凝压力和过热度),进而设计了程序算法流程,编制了系统性能模拟分析程序。 以上海交通大学制冷与低温工程研究所曾研制并建立的一套直膨式太阳能热泵热水器试验装置为依据,对系统模型进行了试验验证和误差分析,结果表明,系统总体性能的模拟值和试验值的平均误差均在1%以内(集热效率的平均误差为4.6%),系统瞬时性能的模拟值和试验值也能较好吻合。 运用系统性能模拟分析程序计算了不同结构参数和工况下系统的运行参数和性能参数,全面分析了各种参数对系统COP、集热器集热效率ηcl、压缩机输入电功率Wcm,、热水加热功率Qw和集热器集热功率Qcl的影响；详细分析了制冷剂充注量对热水加热时间△τ、集热器出口过热度△tSH、蒸发压力Pe、冷凝压力Pc、压缩机瞬时输入电功率Wcm、集热器集热效率ηcl、系统瞬时COP和平均COP的影响；指出了确定小型直膨式太阳能热泵热水器制冷剂最佳充注量需考虑的几方面因素。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TK513
【部分图文】：

3.1结构参数的选取交通大学制冷与低温工程研究所在2005年研制并建立了一套试验装置，并测试了系统在不同工况下的运行参数和性能【’“2，‘构参数为基础，以其得出的试验数据为参考依据，对建立的统数学模型进行试验验证。阳能集热/蒸发器1所示为太阳能集热板的结构及尺寸。太阳集热板的板材为工，采用热轧吹胀法(又称印刷管路吹胀法)加工而成。制造时路图案，将另一块铝板放在上面加压热轧，然后再冷轧至所印刷管路的地方就依靠分子引力作用将两块铝板粘结牢固，处理，并以2.4一2.SMPa的高压氮气吹胀便形成管路通道。

垦?宦畚闹迸蚴教?裟苋缺萌人?魇??Ｐ偷氖匝檠橹?压缩机自带的气液分离器，如图3一2所示，将从太阳能集热/蒸发器流出的液态制冷剂分离出来，避免压缩机吸气带液，影响其正常工作。3.1.3冷凝器及蓄热水箱蓄热水箱的基本结构以及冷凝器的布置情况如图3一3所示。冷凝器直接布置在内胆中，制冷剂进、出接管穿过并焊接在内胆的下封头上，即所谓的“沉浸式”结构。冷凝器紫铜管规格为小9.90mm又0.75mm，螺旋管圆柱直径为340mm。整个冷凝器的外型尺寸约为100Ommx340mmx340nun，总管长约为60m，有效换热面积约为l.72m2。蓄热水箱承压要求为skgf/c时，不锈钢内胆的尺寸为小384mmx1220~

ofCOPandwatertemPeraturein4th，APril.丫丫 丫丫丫!， 1.1.1...图3一44月22日系统COP、集热效率和水箱水温的模拟值和试验值对比Figure3一 4ComParisonofsimulatedandexPerimentalinstantaneousvalue ofCOP， colleetoreffieieneyandwatertemPeraturein22nd，APril.3.2.3误差原因说明从系统建模到理论计算的全过程来看，造成某些模拟值和试验值误差较大的原因主要有以下几个方面。l)热力膨胀阀流量系数目前没有准确的计算方法，模型中采用的D.D.Wile的经验公式必然存在一定的误差，影响到模型求解的收敛性和准确性，导致迭代结束时蒸发温度和冷凝温度与实际产生一定偏差，从而影响到部件运行参数和整机性能的准确计算。
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本文编号：2836449