PVT热泵热电冷三联供系统制冷蓄冷特性及应用性能分析

摘要

随着化石能源的紧缺，作为可再生能源的太阳能获得了广泛利用，特别是将光伏光热一体化（PVT）和热泵技术结合的PVT热泵，极大提升了光电转化效率和集热效率。但夏季富足的光热资源和较少的用热需求，使得PVT热泵在夏季的运行时间短，系统利用率不高。为提高PVT热泵夏季的利用率以满足建筑夏季巨大的用冷需求，提出了利用PVT热泵实现制冷的新思路。 本文从PVT热泵如何实现制冷的角度出发，以实验研究、理论模型研究及应用性能研究为主线，开展了以下研究工作： 首先，完成了实验系统的设计和实验台的搭建。基于现有的研究进展，提出了一种利用PVT热泵实现制冷的新方式，即PVT热泵热电冷三联供系统，系统将PVT组件在制冷时作为系统的冷凝器，极大提升组件的散热功率。以新系统形式为基础，完成了系统部件的设计、制作和实验台的搭建。 其次，分析了PVT热泵在夏季的制冷蓄冷特性。通过大量实验测试分析，表明利用PVT热泵进行制冷的措施是可行的，系统在夏季夜间制取冷冻水的平均COP为2.84，制冰的平均COP为2.29，且晴天夜间的制冷性能要优于阴天夜间。系统在部分阴天日间和雨天仍可运行制冷模式，其中在阴天日间的制冷性能较差，且受太阳辐射影响严重，系统运行不稳定；雨天则对系统的制冷性能有明显提升。 第三，建立了PVT热泵制冷系统的数学模型。以实验测试结果为基础，建立了该系统的稳态模型，特别是针对PVT组件，建立了辐射换热模型，并通过实验测试结果，验证了组件换热模型和系统模型的准确性。 最后，基于理论模型进行了制冷性能影响因素和应用性能分析。研究了该系统制冷性能的影响因素，结果表明该系统在环境温度较低和风速较高的环境下，制冷性能较好，增加组件的数量可以提高系统制冷性能，而组件安装角度则对性能影响不大。模拟了大连地区整个供冷季的制冷性能，结果表明在理想换热条件下，系统的制冷性能还有很大的提升空间。提出了制冷可用小时数的概念，通过对典型城市制冷可用小时数和累计制冷量的对比分析发现，利用PVT热泵制冷更适合应用在中部地区，且从累计制冷量的角度考虑，用PVT热泵满足建筑的所有用冷需求是可行的。

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