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寒冷地区太阳能—空气源热泵系统研究

作　者: 吴启任
导　师: 王树刚
学　校: 大连理工大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 寒冷地区太阳能空气源热泵喷射器
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

伴随着能源危机警钟的敲响和节能环保呼声的日益高涨,可再生能源已经成为下一步能源战略的重点。建筑能耗占我国总能耗的40%以上,建筑节能首当其冲成为国家节能减排的重点。分别以空气和太阳能为热源的空气源热泵(ASHP)和太阳能热泵(SAHP)以它们节能、环保的优势正越来越受到人们的青睐,其中可同时利用多种可再生能源的多热源热泵更是成为关注和研究的热点。传统空气源热泵在寒冷地区下应用受限,太阳能存在热流密度低、间歇性等缺点。为了充分发挥空气源热泵、太阳能热泵的优势,弥补各自的不足,本文提出一种适合寒冷地区的新型太阳能-空气源热泵(SASHP)系统：将喷射器应用到空气源热泵系统中,太阳能集热循环和空气换热循环并联连接且分别接入喷射器的工作端和引射端,喷射器出口接至压缩机吸气端,系统有太阳能集热循环独立运行模式、空气源热泵独立运行模式、太阳能-空气源热泵联合运行模式,根据室外环境状况和用户需求切换运行模式可实现制热(水)、制冷、制冷兼制热水等多种功能。以气体动力学及等压混合理论为基础,建立了以R22为工质的喷射器计算模型以及变工况下喷射器出口压力预测模型,同时建立压缩机稳态模型。以太阳能-空气源热泵联合运行模式为基础设计搭建系统实验平台：实验系统由系统机组及测试系统两部分构成,其中用电加热和乙二醇溶液箱模拟蒸发器侧的太阳能集热循环和空气换热循环。实验结果表明：在太阳能集热循环端蒸发温度为20℃、空气换热循环端蒸发温度为-20℃、冷凝温度为40.5℃设计工况下喷射器压缩比达1.18、喷射系数为0.63,系统制热COP为1.83,分别改变太阳能集热循环端、空气换热循环端蒸发温度和冷凝温度在变工况下对系统进行实验研究,表明喷射器在变工况下也可有效提升压缩机吸气压力、改善空气源热泵低温适应性。另外针对实验中出现的压缩机排气温度较高、喷射器喷射系数较小等问题对实验进行了改进。最后,以热力学为基础对SASHP系统进行(火用)分析和热经济性分析,(火用)分析结果表明该系统(火用)损失最大的部件为喷射器,其次为压缩机和冷凝器,这为系统的进一步优化提供了理论依据。经济性分析表明SASHP系统有良好的经济性和节能环保特性,具有良好的推广应用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 课题研究背景及意义  9-12
    1.1.1 能源与环境问题  9-10
    1.1.2 中国太阳能资源  10-12
  1.2 课题研究现状  12-17
    1.2.1 寒冷地区空气源热泵研究现状  12-14
    1.2.2 太阳能热泵研究现状  14-15
    1.2.3 喷射/压缩混合系统研究现状  15-17
  1.3 课题的研究目的与主要内容  17-19
    1.3.1 课题研究目的  17-18
    1.3.2 课题研究内容  18-19
2 SASHP系统及实验平台  19-30
  2.1 SASHP系统  19-21
    2.1.1 系统介绍  19
    2.1.2 系统流程  19-21
  2.2 SASHP系统试验台  21-28
    2.2.1 SASHP系统试验台结构  21-25
    2.2.2 测试与数据采集系统  25-27
    2.2.3 设备校准  27-28
  2.3 误差分析  28-29
  2.4 本章小结  29-30
3 SASHP系统部件的数学模型  30-44
  3.1 喷射器模型  30-38
  3.2 压缩机模型  38-40
  3.3 物性参数  40-43
    3.3.1 制冷剂物性  40-41
    3.3.2 乙二醇物性  41-43
    3.3.3 水的物性  43
  3.4 本章小结  43-44
4 实验分析与模型验证  44-56
  4.1 SASHP系统实验方案  44-45
    4.1.1 实验目的  44
    4.1.2 实验内容  44
    4.1.3 实验方法  44-45
  4.2 SASHP系统实验结果与分析  45-50
    4.2.1 系统设计工况性能  45-46
    4.2.2 系统随T_(ev1)变化特性  46-48
    4.2.3 系统随T_(ev2)变化特性  48
    4.2.4 系统随T_c变化特性  48-50
  4.3 数学模型验证  50-51
    4.3.1 喷射器模型验证  50
    4.3.2 压缩机模型验证  50-51
  4.4 喷射器性能预测  51-52
  4.5 改进实验  52-55
    4.5.1 压缩机的改进  52-53
    4.5.2 喷射器的改进  53-55
  4.6 本章小结  55-56
5 SASHP系统热力学分析  56-63
  5.1 系统(火用)分析  56-60
  5.2 热经济学分析  60-62
  5.3 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  69-70
致谢  70-72

寒冷地区太阳能—空气源热泵系统研究

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