太陽(yáng)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(yáng)能也廣泛使用在熱水器領(lǐng)域，如何將二者有機(jī)結(jié)合，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，需要研究。因此本課題進(jìn)行太陽(yáng)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(yáng)能與熱泵的耦合形式，結(jié)合跨臨界CO2熱泵的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了由太陽(yáng)能集熱器、CO2熱泵和儲(chǔ)熱水箱等組成的太陽(yáng)能輔助CO2熱泵，系統(tǒng)有三種運(yùn)行模式:空氣源熱泵模式，節(jié)能模

2、式和太陽(yáng)能模式。
　　 通過(guò)建立模型，編制EES程序，對(duì)該系統(tǒng)在北京地區(qū)冬季運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)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(yáng)能熱水引起系統(tǒng)蒸發(fā)溫度、過(guò)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(lái)越大。隨著過(guò)熱度的增加，壓縮機(jī)出口溫度、熱負(fù)荷和壓縮機(jī)耗功都呈線性增加，但對(duì)系統(tǒng)性能幾乎沒(méi)有影響。隨著高壓壓力的增加，C

3、OPH存在一個(gè)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(lái)越快，說(shuō)明循環(huán)加熱影響較大。對(duì)比分析太陽(yáng)能輔助熱泵系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t和電加熱鍋爐，雖然太陽(yáng)能輔助熱泵初投資最高，但運(yùn)行成本最低。
　　 為進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究。采用FLUENT軟件對(duì)U型真空管式太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬分析，研究單管的入口流速、太陽(yáng)能輻射量和銅管內(nèi)徑對(duì)管內(nèi)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的影響。在循環(huán)加熱條件下，模擬結(jié)果顯示