本文選題：太陽能熱泵　切入點：直接膨脹式　出處：《中國科學技術(shù)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：建筑能耗在社會總能耗中約占三分之一,包括制冷、制熱和制熱水等。有效利用太陽能,減少建筑能耗,是解決能源問題的有效手段之一。太陽能熱泵作為一種將太陽能與傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)結(jié)合的系統(tǒng),能夠利用清潔可再生的太陽能,且提高了傳統(tǒng)熱泵的效率。直接膨脹式太陽能熱泵(DX-SAHP)具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低的優(yōu)點,還可以防止普通集熱器夜晚結(jié)凍問題。已有研究證實相較于傳統(tǒng)熱泵,DX-SAHP系統(tǒng)制熱性能明顯提升。然而DX-SAHP系統(tǒng)尚存在諸多方面需要研究。其一,DX-SAHP系統(tǒng)有制熱和制熱水兩種應用形式。受限于實驗條件,大多數(shù)實驗研究集中在DX-SAHP系統(tǒng)的制熱水應用。而在制熱應用中,系統(tǒng)使用空氣換熱器,與制熱水時的水冷換熱器性能不同。作為一種DX-SAHP重要的應用形式,DX-SAHP系統(tǒng)在制熱應用中的性能仍需進一步研究。其二,現(xiàn)有實驗研究主要在室外環(huán)境中進行,系統(tǒng)測試工況受限于天氣條件,無法定量反映環(huán)境參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。因此需要在室內(nèi)穩(wěn)態(tài)工況下進行實驗研究,定量分析系統(tǒng)性能,研究標準工況下的系統(tǒng)性能。其三,熱泵系統(tǒng)冬季應用中的重要問題——結(jié)霜問題是熱泵研究的熱點。在結(jié)霜工況下DX-SAHP系統(tǒng)的熱性能和結(jié)霜特性,是考慮DX-SAHP系統(tǒng)的冬季應用中必須探討的問題。但目前在此方面幾乎未有研究探討。其四,DX-SAHP系統(tǒng)的實際運行中不可避免地存在夏季應用情況。因此DX-SAHP系統(tǒng)的應用除了制熱,還有夏季的制冷運行。但是系統(tǒng)的制冷性能少有研究涉及。為了研究這些DX-SAHP系統(tǒng)的重要問題,本文在焓差實驗室內(nèi)實驗研究了使用裸板集熱器的DX-SAHP系統(tǒng)在多種穩(wěn)態(tài)工況下的性能,并建立理論模型對系統(tǒng)進行了模擬預測,還將該系統(tǒng)與使用管翅式換熱器的DX-SAHP系統(tǒng)進行了對比分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1、在多種穩(wěn)態(tài)工況下實驗測試了 DX-SAHP系統(tǒng)的制熱性能。環(huán)境溫度的提高可增加系統(tǒng)制熱量和COP。室外側(cè)輻照強度300 W/m2,相對濕度50%,環(huán)境溫度分別為5.0℃,10.0℃和15.0℃時COP分別為2.12,2.18和2.26。相對濕度從70%增加到90%時系統(tǒng)蒸發(fā)換熱功率提高了 35.0%,COP從1.78提高到2.07。室外側(cè)環(huán)境溫度15.0 ℃,相對濕度50%,輻照強度分別為0W/m2,100 W/m2,200W/m2,300W/m2 和 500W/m2 時 COP 則分別 2.07,2.09,2.14,2.26和2.36。輻照的增強對系統(tǒng)制熱性能的提升顯著。2、實驗探討了 DX-SAHP系統(tǒng)的結(jié)霜條件。無太陽輻照時,結(jié)霜發(fā)生的臨界相對濕度在50%到70%之間,臨界環(huán)境溫度在7.0℃到6.0℃之間。輻照強度是100 W/m2,環(huán)境溫度高于-3.0℃,相對濕度低于90%時結(jié)霜可以被完全防止。3、實驗研究了 DX-SAHP系統(tǒng)的結(jié)霜過程。360分鐘連續(xù)實驗的測試工況為環(huán)境溫度1.0℃,相對濕度70%,輻照強度0W/m2。對比傳統(tǒng)空氣源熱泵,使用裸板集熱器的DX-SAHP系統(tǒng)的結(jié)霜過程更為緩慢。在連續(xù)運行的360分鐘內(nèi)系統(tǒng)的熱性能未被結(jié)霜影響,反而得到了促進。4、實驗分析了結(jié)霜工況下環(huán)境參數(shù)對DX-SAHP系統(tǒng)的影響。太陽輻照可以有效緩解甚至防止DX-SAHP系統(tǒng)結(jié)霜,并且明顯提高系統(tǒng)的熱性能;環(huán)境溫度的降低導致DX-SAHP系統(tǒng)熱性能下降;相對濕度增加時系統(tǒng)的結(jié)霜更為嚴重,結(jié)霜過程的促進作用更明顯,系統(tǒng)的熱性能提高。而當環(huán)境溫度較低,相對濕度也較低時,由于空氣含濕量過低,蒸發(fā)溫度低于冰點也不會出現(xiàn)結(jié)霜問題。5、本文建立了使用裸板集熱器的DX-SAHP系統(tǒng)的數(shù)理模型,并基于MATLAB平臺進行計算求解。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對照,驗證了正確性。根據(jù)計算結(jié)果,分析了 DX-SAHP系統(tǒng)的結(jié)霜過程中霜層厚度和結(jié)霜速率的變化。相對濕度70%,輻照強度0 W/m2時,環(huán)境溫度為-1℃時結(jié)霜速率和霜層厚度最大。輻照強度可以減輕甚至完全防止結(jié)霜,同時還可以提高系統(tǒng)的制熱量。輻照強度從0 W/m2增加到100 W/m2時可以完全防止結(jié)霜,但COP從1.97減小到1.89;從100 W/m2增加到500 W/m2時,制熱量從1082W增加到1610 W,COP從1.89增加到2.21。雖然環(huán)境溫度的下降降低系統(tǒng)的熱性能,但結(jié)霜過程會促進集熱/蒸發(fā)器的換熱。當環(huán)境溫度低于-5 ℃時,集熱/蒸發(fā)器表面沒有霜形成。相對濕度對系統(tǒng)熱性能的影響主要通過影響結(jié)霜情況來實現(xiàn)。6、實驗研究了系統(tǒng)的制冷性能,分析了環(huán)境因素的影響。環(huán)境溫度從25.0℃上升到30.0 ℃時制冷量下降了 14.9%。當風速由4 m/s提高到5 m/s時COP提升了 3.4%,而風速繼續(xù)提高到6 m/s時系統(tǒng)制冷量和COP則變化較小。輻照強度從0 W/m2增加到800 W/m2時,制冷量下降了 34.9%,COP從1.22減小為0.65。輻照強度對系統(tǒng)制冷性能的影響顯著。建立了 DX-SAHP系統(tǒng)制冷模式的理論模型。在考慮DX-SAHP系統(tǒng)的制冷應用時,應考慮對系統(tǒng)進行一定的改進,盡量避免其接收太陽輻照。作為優(yōu)化,可以將集熱器面積從4 m2增加到8 m2。7、實驗測試了使用太陽能管翅式換熱器的DX-SAHP系統(tǒng),并與使用裸板集熱器的系統(tǒng)的模擬結(jié)果進行對比分析。在名義制熱工況下,無太陽輻照時管翅式換熱器的霜層厚度大于裸板集熱器,但兩者皆小于傳統(tǒng)空氣源換熱器。結(jié)霜過程對系統(tǒng)的制熱性能不產(chǎn)生負面影響。無輻照時管翅式換熱器吸收空氣能能力更強,系統(tǒng)制熱性能優(yōu)于使用裸板集熱器的系統(tǒng)。輻照強度逐漸增大時裸板集熱器更具優(yōu)勢,系統(tǒng)制熱性能提高程度大于前者。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK51;TU83

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 楊和基;蠟質(zhì)膨脹式溫度傳感器[J];儀表技術(shù)與傳感器;1989年03期

2 呂時良,李得天,張滌新,田東旭;金屬膨脹式真空計量標準[J];真空科學與技術(shù);1998年04期

3 李建基;;高壓熱膨脹式SF_6斷路器的發(fā)展[J];電氣制造;2014年07期

4 陳云生;;小型螺旋膨脹式蒸汽發(fā)電機[J];電機技術(shù);2010年06期

5 金云鳳;讀者信箱[J];輕兵器;2000年03期

相關(guān)會議論文 前5條

1 馬驥;韓新巍;;倒Y型一體化自膨脹式金屬內(nèi)支架治療氣道復合狹窄10例[A];第八屆全國腫瘤介入診療學術(shù)大會、第一屆中國抗癌協(xié)會腫瘤介入學護理專業(yè)學組會議暨國家級介入診療繼續(xù)教育學習班、腫瘤介入治療新進展研討會論文匯編[C];2007年

2 陳建宇;張瀟;陳賢帥;張志光;;膨脹式鈦釘治療髁突囊內(nèi)骨折的三維有限元研究[A];第九次全國顳下頜關(guān)節(jié)病學及(牙合)學研討會論文匯編[C];2012年

3 熊東林;張德仁;蔣勁;肖禮祖;鄭虎山;張強;沙彤;朱宏騫;;經(jīng)皮膨脹式腰椎體間融合術(shù)治療腰椎退行性疾病的臨床研究[A];中華醫(yī)學會疼痛學分會第七屆年會論文摘要集[C];2007年

4 郭永輝;侯根富;李興友;;直接膨脹式地源熱泵垂直單U換熱器優(yōu)化設計[A];2013年福建省暖通空調(diào)制冷學術(shù)年會論文集[C];2013年

5 郭永輝;;直接膨脹式地源熱泵單U換熱器傳熱特性及系統(tǒng)回油控制[A];2013年福建省暖通空調(diào)制冷學術(shù)年會演講稿[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前3條

1 編譯 黃娟;新型太空船 膨脹式降落[N];北京科技報;2004年

2 任偉峰 記者 唐先武;膨脹式脊柱螺釘破解世界醫(yī)學難題[N];科技日報;2014年

3 綜合;第二代熱膨脹式斷路器發(fā)展動向[N];中國電力報;2003年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 黃文竹;直接膨脹式太陽能熱泵系統(tǒng)的理論和實驗研究[D];中國科學技術(shù)大學;2017年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 劉川;圓柱形、頸部錐度、末端錐度及膨脹式種植體生物力學比較的三維有限元分析[D];第四軍醫(yī)大學;2012年

2 展旭和;膨脹式自應力灌漿卡箍長期承載性能的試驗研究[D];中國海洋大學;2012年

3 袁博;徑流型深度膨脹式氣波制冷機性能研究[D];大連理工大學;2014年

，

本文編號：1612402