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文檔簡介
1、鑒于對可用能源的利用和對環(huán)境的保護,本文以綜合利用太陽能和空氣能為低位熱源、并用自然工質(zhì)熱泵來制取生活熱水的思路,提出了CO2復合熱源熱泵熱水器系統(tǒng),通過理論模擬與實驗相結(jié)合的研究方法,對CO2復合熱源熱泵熱水器的制熱性能、耗功率、加熱速率等運行特性進行研究。具體如下:
(1)為了獲得CO2跨臨界循環(huán)制取生活熱水的運行特性與不同之處以及復合熱源的優(yōu)勢,分別從制冷劑和熱源模式兩個方面進行了對比。一方面建立了分別以CO2、R134
2、a和R22為工質(zhì)的熱泵熱水系統(tǒng)各部件的數(shù)學物理模型。以相關(guān)文獻中復合熱源R22熱泵熱水器的實驗數(shù)據(jù)驗證了模型的精確性后,對CO2、 R134a和R22為工質(zhì)的復合熱源熱泵熱水系統(tǒng)的運行特性進行了仿真分析,對比了不同環(huán)境溫度下三種工質(zhì)的制熱性能、集熱/蒸發(fā)器的太陽能吸收率、循環(huán)加熱時間和吸排氣溫度/壓力的變化規(guī)律。得出結(jié)論:CO2在環(huán)境溫度低于13℃時的制熱性能優(yōu)于R134a和R22;另外,在不同工況下,CO2的加熱周期大于R22而小于R
3、134a,吸排氣壓力高于R134a和R22。另一方面,建立了與復合熱源熱泵熱水器比較的單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的仿真模型。在幾種典型工況下的模擬結(jié)果顯示復合熱源比單一空氣源系統(tǒng)的COP平均提高了20%左右。以上結(jié)論表明,采用復合熱源CO2熱泵熱水系統(tǒng)與常規(guī)熱水器相比有獨特的環(huán)境優(yōu)勢、低溫優(yōu)勢和性能優(yōu)勢。
(2)為了深入分析CO2復合熱源熱泵熱水器系統(tǒng)在全年不同季節(jié)典型工況下的性能,及影響其運行特性的參數(shù),以靜態(tài)加熱式CO2復合熱
4、源熱泵熱水器為物理對象,針對該系統(tǒng)中的各個部件,建立了相關(guān)數(shù)學模型。與此同時,編寫了CO2復合熱源熱泵熱水器系統(tǒng)模擬程序,分析了系統(tǒng)在不同季節(jié)工況特別是低溫環(huán)境下的性能,從冷卻壓力、環(huán)境溫度、太陽輻射強度、氣體冷卻器結(jié)構(gòu)參數(shù)、集熱/蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)、運行壓力和氣體冷卻器出口溫度等角度分析了該系統(tǒng)運行特性的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明,復合熱源系統(tǒng)能在全年不同季節(jié)工況下獲得3.0以上的COP值,特別是在環(huán)境溫度僅0℃時,COP仍有3.05;同時得
5、出環(huán)境參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等對系統(tǒng)運行特性的影響規(guī)律,為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和運行提供了一定的指導作用。
(3)為獲取自行設(shè)計的集熱/蒸發(fā)裝置的吸熱性能和系統(tǒng)的運行特性,對復合熱源系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進行了選型和制作,搭建了系統(tǒng)的實驗平臺。實驗研究了運行過程中集熱/蒸發(fā)裝置的太陽能利用比例以及系統(tǒng)運行特性隨著加熱過程的變化。研究結(jié)果表明當太陽輻射連續(xù)較強時,太陽能可完全被利用,系統(tǒng)的平均COP達3.77;當太陽輻射不穩(wěn)時,制冷劑吸收的太陽能比率
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