非直膨式太阳能水源热泵制热系统运行特性研究

摘要

随着两型社会的快速发展和绿色建筑的进一步推进，研发利用新型可再生能源技术充分体现了国家可持续发展战略的重点内容。基于该领域的研究现状，本文就湖南省太阳能技术建筑应用状况与地源热泵技术建筑应用状况进行了介绍，指出太阳能的利用与地源热泵技术的利用已成为我省新能源利用的主要方向。虽然两种技术各有优点，但是也存在各自的缺点如:太阳能应用还主要停留在提供生活热水方面;地源热泵受当地资源、政策条件限制通用性不强等。通过研究直膨式与非直膨式太阳能热泵技术，本文研发了一种新型非直膨式太阳能水源热泵系统。
　　 该系统融合了太阳能技术以及地源热泵技术的优点，具有4种运行模式可以在充分利用可再生能源的基础上满足供暖、生活热水与制冷要求。本文根据我校人工环境实验室已有设备，在湖南省住房和城乡建设厅科技计划项目(KY201005)支持下，构建了一套综合实验台，提出了实验方案，明确了实验步骤及方法。
　　 实验围绕太阳能集热系统逐时能效比、不同热源温度下机组制热能效比、串、并联模式逐时制热能效比展开研究，进一步分析了各主要因素对其的影响，指出该系统不同运行方式的适用范围。通过实验得出如下结论:
　　 1.冬季晴天太阳能总辐射量在0.09MJ/m2以上时能够提供35～40℃热源水。
　　 2.机组COP和系统COP在蒸发器入口温度升高到35℃～40℃时达到峰值。
　　 3.并联模式水温较为稳定，系统COP在2.6-3.8之间，晴天时较阴雨天逐时制热能效比提高约41％左右。
　　 4.串联模式晴天的逐时效率较阴天高46％左右，最高达到4.6，而阴天集中在3.3左右，逐时制热能效比较大值出现在热水箱温度为14～21℃之间。
　　 实验结果表明该系统在冬季制热时节能效果明显，制热能效比最高可达到4.6，串联模式在晴天与阴天的制热能效比均优于并联模式，具有较高的推广价值。受实验条件所限，本文只针对长沙地区2012-2013年冬季进行了实验研究，目的在于为湖南省可再生能源建筑应用做好技术储备和技术支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 湖南省气候概况

1．1．2 湖南省能源概况

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究发展概况

1．2．1 国外太阳能水源热泵研究现状

1．2．2 国内太阳能水源热泵研究现状

1．3 研究内容

1．4 本文创新点

第二章 太阳能水源热泵系统耦合运行方式研究

2．1 太阳能技术建筑应用概况

2．1．1 太阳能热水系统

2．1．2 太阳能制冷系统

2．1．3 太阳能光伏系统

2．1．4 其他应用技术

2．1．5 湖南省适宜的太阳能建筑应用技术

2．2 地源热泵技术建筑应用概况

2．2．1 土壤源热泵系统

2．2．2 地下水源热泵系统

2．2．3 地表水源热泵系统

2．2．4 污水源热泵系统

2．3 直膨式太阳能热泵系统

2．4 非直膨式太阳能热泵系统

2．5 非直膨式太阳能水源热泵系统

2．5．1 非直膨式太阳能水源热泵系统构成

2．5．2 非直膨式太阳能水源热泵系统运行方式

2．6 本章小结

第三章 非直膨式太阳能水源热泵实验方案与实验设备

3．1 非直膨式太阳能水源热泵实验方案

3．1．1 太阳能集热器冬季集热能力实验方案

3．1．2 水源热泵冬季供热实验方案

3．1．3 并联式太阳能水源热泵冬季供热实验方案

3．1．4 串联式太阳能水源热泵冬季供热实验方案

3．2 非直膨式太阳能水源热泵综合实验台的构建

3．2．1 综合实验台室内部分

3．2．2 太阳能集热室外部分

3．2．3 太阳能总辐射记录系统

3．3 本章小结

第四章 实验结果分析

4．1 太阳能集热系统集热能效比的比较

4．1．1 环境因素对太阳能集热系统集热能效比的影响

4．1．2 不同运行方式对太阳能集热系统集热能效比的影响

4．2 不同热源温度机组COP的比较

4．2．1 蒸发器入口温度对机组COP的影响

4．2．2 冷凝器入口温度对机组COP的影响

4．2．3 蒸发器出口温度对机组COP的影响

4．2．4 冷凝器出口温度对机组COP的影响

4．3 非直膨式太阳能水源热泵系统串、并联模式逐时制热能效比的比较

4．3．1 并联模式逐时制热能效比

4．3．2 串联模式逐时制热能效比

4．4 实验数据误差分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

附录