太陽能輔助跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)的理論分析和優(yōu)化研究.pdf

1、隨著氟利昂系列工質(zhì)的逐漸禁用，以CO2為工質(zhì)的跨臨界循環(huán)在熱水器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。太陽能也廣泛使用在熱水器領(lǐng)域，如何將二者有機結(jié)合，達到優(yōu)勢互補，提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，需要研究。因此本課題進行太陽能輔助跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)的理論分析和優(yōu)化研究。
　　 本文分析太陽能與熱泵的耦合形式，結(jié)合跨臨界CO2熱泵的特點，設(shè)計了由太陽能集熱器、CO2熱泵和儲熱水箱等組成的太陽能輔助CO2熱泵，系統(tǒng)有三種運行模式:空氣源熱泵模式，節(jié)能模

2、式和太陽能模式。
　　 通過建立模型，編制EES程序，對該系統(tǒng)在北京地區(qū)冬季運行工況進行計算和分析。結(jié)果表明:空氣源熱泵模式下的性能系數(shù)為2.90，節(jié)能模式為4.97，是空氣源模式的1.71倍;低溫太陽能熱水引起系統(tǒng)蒸發(fā)溫度、過熱度、高壓壓力和氣體冷卻器出口溫度等變化。系統(tǒng)性能隨蒸發(fā)溫度的增加而增加，且幅度越來越大。隨著過熱度的增加，壓縮機出口溫度、熱負荷和壓縮機耗功都呈線性增加，但對系統(tǒng)性能幾乎沒有影響。隨著高壓壓力的增加，C

3、OPH存在一個峰值，即有最優(yōu)高壓壓力的存在。隨著氣體冷卻器出口溫度的增加，系統(tǒng)性能下降越來越快，說明循環(huán)加熱影響較大。對比分析太陽能輔助熱泵系統(tǒng)、燃氣鍋爐和電加熱鍋爐，雖然太陽能輔助熱泵初投資最高，但運行成本最低。
　　 為進一步提高系統(tǒng)性能，對系統(tǒng)進行優(yōu)化研究。采用FLUENT軟件對U型真空管式太陽能集熱器進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬分析，研究單管的入口流速、太陽能輻射量和銅管內(nèi)徑對管內(nèi)溫度場和速度場的影響。在循環(huán)加熱條件下，模擬結(jié)果顯示