太阳能-空气源双源一体式热泵系统研究

摘要

本文通过理论研究和试验结合的方法完成了太阳能-空气能双源-体式高效热泵的理论和实验研究。集热蒸发器是太阳能-空气源热泵最关键的设备,其性能和造价对太阳能-空气源热泵系统性能和经济性有十分重要的影响。
　　 本课题研究的高效集热蒸发器要能同时高效吸收太阳能和空气能,但单独吸收太阳能和单独空气能时集热器的最优结构参数有所不同,对于吸收空气能,要求增强对流换热,减少空气流动阻力；对于吸收太阳能,要求翅片能较好得面向太阳,减少太阳入射角的同时增加太阳直射面积。
　　 本文首先通过计算机进行理论模拟研究。模拟出集热蒸发器最优结构参数和在各种结构参数下的太阳直射辐射量及总辐射量,并与平板、普通空气源热泵蒸发器直接暴露在空气中,接受太阳能辐射进行了对比分析,本高效集热蒸发器对太阳能的吸收要比普通空气源热泵集热蒸发器多25％-35％,比平板式集热器略高7.3％。
　　 其次通过FLUENT对高效集热器的结构对空气流动的影响进行仿真模拟,通过调整翅片的形状、角度和间距等结构参数,使得空气与吸热板充分接触,同时促进气流流动,减少流动阻力,提高对流换热能力的同时提高太阳辐射能的吸收,比较集热蒸发器的热量收益比例,得出集热器的最优结构参数,形成完整优化设计方法。
　　 最后,在理论研究的基础上,进行样机的试制,并进行了室内和室外实验。室内实验主要模拟在不同的工况下双源一体式热泵系统和KRS-150L空气源热泵系统的性能比较,并研究了在不同温度和不同风速下双源一体式高效集热器的对流换热系数的变化；另外,本文在室外不同的天气情况下对双源一体式热泵系统和KRS-150L空气源热泵系统进行了试验,实验结果表明,本双源一体式高效热泵热水系统不但可以有效地吸收太阳能,还能有效地吸收空气中的能量,具有良好的热性能,在不同的天气情况下,其COP大约在2.7—5.0之间,优于传统的空气源热泵系统的2.7-4.5。