太阳能热源塔热泵系统的应用基础研究

摘要

空气源热泵和地源热泵已经在市场上广泛使用，然而对于它们本身固有的问题，如空气源热泵的冬季结霜、地源热泵初投资过高等，还有待进一步研究解决。太阳能辅助热泵较空气源热泵有更高的蒸发温度，近几年表现出较好的发展前景，但只有增加蓄热装置后才能全天使用。热源塔热泵在冬季利用冷却塔从空气中反向吸热，但实际运行中存在蒸发温度较低等问题。基于以上的分析，本文提出了新型太阳能热源塔热泵系统。
　　 载热流体的选择是新型太阳能热源塔热泵系统的核心问题。本文对四种载热流体乙二醇水溶液、乙醇水溶液、丙三醇水溶液和碳酸丙烯脂水溶液进行了对比研究，在给定混合比例的条件下，实验得出其冰点、密度、比热容、黏度、腐蚀性和挥发性这六个方面的物性。给出了沿程损失的计算模型，通过分析黏度值和密度对载热流体的沿程损失大小的影响，得出结论：在较小质量流量下，可忽略黏度值和密度对泵功影响这一因素作为载热流体的选择标准。因碳酸丙烯酯水溶液冰点为—6．7℃，故在南方有应用空间，其他三种载热流体可尝试应用到天津地区的新型热泵系统中。
　　 为了掌握不同载热流体在太阳能集热器中的性能，根据国标GBT17581—2007和ISO9801标准，建立了太阳能集热器低温集热性能测试实验系统。实验结果给出了不同载热流体(乙二醇水溶液、乙醇水溶液和丙三醇水溶液)、辐射量变化(450—800W/m2)和集热器进口温度的变化(—12℃、—9℃和—5℃)对集热器吸热量以及瞬时集热效率的影响。集热器的集热性能随着载热流体的改变而变化。在辐射量一定的条件下，乙二醇水溶液和丙三醇水溶液在集热器内的瞬时效率和吸热量，随着集热器进口温度的降低而降低，而乙醇水溶液则随着集热器进口温度的升高而升高。辐射量在550—700W/m2之间，集热器吸热量的变化率较大，在700—800 W/m2之间，吸热量变化程度受辐射量的影响次之，而在450—550 W/m2之间，辐射量对吸热量变化的影响程度最小。
　　 结合既有热泵系统，在供热量为4kw，集热器进口温度分别为—12℃、—9℃和—5℃的条件下，计算得到集热器提供的热量分别应为1．11kW、1．13kW和1．17kW，所匹配的合适的集热器面积分别为乙醇水溶液5．88m2、丙三醇水溶液6．78 m2、乙二醇水溶液6．97 m2。
　　 综合四种载热流体的物性和集热性能，得出结论：在天津地区，丙三醇水溶液被建议作为载热流体应用于新型太阳能热源塔热泵系统中。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 热泵的研究发展现状

1.1.1 空气源热泵技术发展现状

1.1.2 地源热泵技术发展现状

1.1.3 太阳能辅助热泵技术发展现状

1.2 课题的引出

1.3 本文研究内容

第二章 载热流体的选择

2.1 冰点

2.2 黏度与密度

2.2.1 黏度的测量

2.2.2 密度的测量

2.2.3 黏度对管路压力损失的影响

2.3 比热容

2.4 腐蚀性和挥发性

2.5 本章小结

第三章 真空管集热器集热性能实验

3.1 真空管集热器集热性能理论基础

3.1.1 集热器的工作原理

3.1.2 集热器的集热性能分析

3.2 真空管集热器集热性能实验系统介绍

3.3 真空管集热器实验数据分析

3.3.1 水的数据分析

3.3.2 乙二醇水溶液的数据分析

3.3.3 乙醇水溶液的数据分析

3.3.4 丙三醇水溶液的数据分析

3.3.5 三者的比较

3.3.6 碳酸丙烯脂水溶液的数据分析

3.4 误差分析

3.5 本章小结

第四章 集热器面积的确定

4.1 新型太阳能热源塔热泵系统介绍

4.2 新型太阳能热源塔热泵系统理论分析

4.3 真空管集热器面积的确定

4.4 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

5.2.1 对实验的建议

5.2.2 对数据分析的建议

参考文献

主要符号表

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致谢