直膨式太阳能热泵热水蓄热系统实验研究.pdf

第29卷第1期
北京建筑工程学院学报
Vol 29 No
2013年3月
Journal of Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Mar.2013
文章编号:1004-6011(2013)01-0020-05
直膨式太阳能热泵热水蓄热系统实验研究
蔡晓宁,唐文涛2,王瑞祥
(1.北京建筑工程学院环境与能源工程学院绿色建筑与节能技术北京市重点实验室,北京10004;
2.北京市太阳能研究所集团有限公司,北京100012)
摘要:为了探究太阳能集热系统通过直膨方式与空气源热泵結合的热水蓄热系统存在的问题及
解决措施,搭建了直膨式太阳能辅助热泵热水蓄热系统性能实验台,研究分析了影响直膨式太阳能
热泵热水系统性能的几种重要匹配关系及其作用规律
关键词:直膨式;热水蓄热系统;性能系数
中图分类号:TK515
文献标志码:A
Experimental Study of Direct Expansion Solar-assisted
Air Source Heat Pump Hot Water Storage System
Cai Xiaoning, Tang Wentao, Wang Ruixiang
(1. School of Environment and Energy Engineering, Beijing Higher Institution Key Laboratory of
Green Building and Energy Efficient Technology BUCEA Beiing 100044
2. Beijing Solar Energy Research Institute, Beijing 100012)
Abstract: An experimental station of direct expansion solar-assisted air source heat pump hot water
storage system(DX-SA-ASHPHWS)was built in order to explore the existed problems and
countermeasures of the combination of solar heating system and air source heat pump. Then the several
matching relationships and performance characteristics of DX-SA-ASHPHWS was discussed in the paper
Key words: direct expansion; hot water storage system; coefficient of performance
随着社会经济的发展和生活水平的提高,热水中取之不尽的热能,具有节约能源,保护环境,减少
正逐渐成为人们生活的必需品,热水系统的节能成污染物排放的显著优勢.其中空气源热泵更具安装
为建筑节能最重要的方向内容之一.传统的热水制简单方便,运行可靠性高,节省占地面积等优点.但
备方式(如电热,燃油、气热)具有能耗大、费用高、是,空气源热泵冬季应用于寒冷地区时,机组在低温
污染严重等缺点,因而热泵热水系统和太阳能热水工况下运行,随着室外环境温度的降低,压缩比升
系统在人们不断探索各种新的更高效的建筑热水生高,容积效率降低,制冷剂质量流量减少,压缩机排
产技术过程中受到了相当的重视,热泵技术是利用气温度过高,运行效率下降,甚至不能正常启动.太
少量高品位的电能作为驱动能源,从低温热源吸收阳能是一种取之不尽、安全、清洁无污染的可再生能
低品位热能,并将其传输给高温热源,以达到制热的源,利用太阳能提供生活热水是减少建筑能耗、缓
目的们.该技术能充分“采掘”自然界和生产余热解能源与环境危机的重要途径之一,然而太阳能热
收稿日期:2013-01-15
基金项目:北京市自然科学基金重点项目/北京市教育科技重点项目(KI200610016009);北京市属市管高等学校人才强教深化资助项目
(DHR201007127)
作者简介:蔡晓宁(1985-)女,硕士研究生,研究方向:通风空调制冷技术与设备
第1期
蔡晓宁等:直膨式太阳能热泵热水蓄热系统实验究
水系统的运行会受到气象条件的制约,也不能稳定气态制冷剂进入冷凝器冷凝(过程1-2);制冷剂与
有效地提供建筑用热水
水在泠凝器中进行热交换,经冷凝后变为过冷液态
热泵技术和太阳能热利用技术相结合(如直膨制冷剂(过程2-3),从而制得生活热水;过冷态制冷
式)的热水系统,可望弥补太阳能热水器和热泵热剂经毛细管节流后变为两相态制冷剂再次回到集
水器的不足.直膨式太阳能热泵热水系统将太阳能热/蒸发器(过程34),从而循环往复制取生活热
集热器与热泵蒸发器结合成一体,制冷剂在太阳能水6-7
集热/蒸发器中直接获取太阳能等低位能,是热泵系
统的一种重要的应用形式,直膨式结构可以同时提
高热泵机组和太阳能集热器的性能2,但是由于各
地气候条件、系统结构参数和匹配关系的差异,使得
各系统的热性能差别很大,使其实际应用进程十分
缓慢,要使直膨式太阳能辅助热泵热水系统在生活
中规模化应用,需要在系统设计、部件?配、运行控
制等方面进行研究和探讨,以使这种绿色节能系统
在生活中广泛应用313-31
(a)室外装置
b)室内装置
1直膨式太阳能热泵热水替热实验系统
图1实验系统装置图
1.1实验系统的方案理念
太阳辐照
压缩机
通过实验数据分析DX-SA- ASHPHWS中空气
源热泵系统与太阳能集热器的匹配关系及其对DX-
水
箱
SA- ASHPHWS性能的作用规律.建立直膨式太阳能
太阳能集热/
蒸发器
热泵热水器的系统实验台,对直膨式太阳能热泵热
冷
水器性能进行测试,主要参数包括:加热时间、输入
节流装置
器
功率、冷凝压力、蒸发压力、热水温度等
用性能系数作为评价直形式太阳能热泵热水器
图2直膨式太阳能撼泵系统原理简图
性能的主要指标制热系数,即:
P
∑Q
COP=
式中,Q。为热水得热功率(kW);r为数据采集间隔
时间(s);角标“”表示第j个数据采集时段;
依据Q=cm(tー0)可计算出热水得热量;利用
电力监测仪测得o~t这段时间内消耗的电能
1.2实验系统装置简介
图1是直膨式太阳能热泵热水器]实验样机实
图3压燴原理图
表1主要部件参数
物照片.系统主要参数见表1.直膨式太阳能热泵
名称
热水器主要有4个核心部件:太阳能集热/蒸发器
规格及型号
集热板
压缩机、冷凝器、节流装置四个核心部件组成(如图
吸热铜铝复合,外框铝合金,集热面积1.2m2
压缩机
2所示).图3为系统运行原理:制冷剂流经太阳能
活塞式,额定功率360W
集热/蒸发器,通过吸收太阳能和太阳集热器/蒸发
储水箱承压式结构,净容积80L,水晶内胆,内置铜盘管换热器
器周围空气的热能,汽化成低压气态制冷剂(过程