本文關(guān)鍵詞：太陽能輔助空氣源熱泵蓄能系統(tǒng)特性研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：太陽能輔助空氣源熱泵(Solar-assisted Air Source Heat Pump,SAHP)蓄能系統(tǒng),兼具蓄冷"供冷、蓄熱"供熱的功能,既有助于平衡電網(wǎng)峰谷差,也提升了太陽能熱利用的能流密度,使其更穩(wěn)定、更持久。本文在前人工作的基礎(chǔ)上制造了一臺蓄能容量為2572.5 k J的SAHP蓄能系統(tǒng)樣機,并對其多種運行模式進行了實驗測試,考察了樣機在非定常工況下的穩(wěn)定性及可靠性。針對系統(tǒng)供熱量不足的問題,進行了可用能分析,結(jié)合實驗研究改善了系統(tǒng)的供熱性能。通過傳熱速率和傳熱效率分析,找到了提高SAHP蓄能系統(tǒng)運行能效的途徑。提出了基于流動蓄能換熱裝置的SAHP新蓄能系統(tǒng),對新系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進行了實驗與理論研究。研究結(jié)果顯示,流動蓄能系統(tǒng)在運行能效、可用能效率以及傳熱的速率和效率方面均取得了一定進展。SAHP蓄能系統(tǒng)在制冷工況表現(xiàn)優(yōu)良,各項指標在不同運行模式均能滿足設(shè)計要求,尤其在夜間室外干球溫度不高于25.0℃的條件下,蓄能換熱器在蓄冷—供冷循環(huán)呈現(xiàn)很高的能源利用率。SAHP在制熱工況表現(xiàn)欠佳,尤其是供熱量始終未能滿足設(shè)計要求。提升太陽能熱水溫度"流量對改善SAHP的供熱效果有積極作用,且太陽能熱水溫度的影響更重要。此外,在運行過程中轉(zhuǎn)換模式對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性沒有消極影響。建立了SAHP蓄能系統(tǒng)的可用能分析模型,闡明了影響三套管蓄能型換熱器運行性能的關(guān)鍵因素。通過優(yōu)化匹配蓄能換熱單元,可有效改善SAHP蓄能系統(tǒng)在制熱工況的供熱量及能效,并使其滿足設(shè)計要求。其原理是,在制冷"熱泵循環(huán),系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)熱流通量越大則熱泵能效越高。因此,應根據(jù)實際需要,尤其是運行模式的不同,對蓄能換熱單元的數(shù)量做出相應的增"減調(diào)整,以匹配系統(tǒng)其它部件的容量。蓄能換熱單元數(shù)量的調(diào)整,本質(zhì)是蓄能容量與蓄(釋)能速率的再平衡。引入熱勢容概念,定量分析了蓄能換熱單元在蓄能-釋能循環(huán)的傳熱速率和傳熱效率。分析表明,三套管蓄能型換熱器作為一種特殊的間壁式換熱器,兼具換熱、蓄能的雙重功能,有典型的二元性;提高蓄能換熱器的傳熱速率未必有利于提升系統(tǒng)的整體性能,改善蓄能換熱器傳熱效率的根本是增進蓄能工質(zhì)與冷流體(制冷劑)間的傳熱速率,而蓄能工質(zhì)的傳熱熱阻是限制此類傳熱過程速率"效率提升的終極因素。在此基礎(chǔ)上,提出了基于流動蓄能換熱裝置的SAHP新蓄能系統(tǒng)。通過理論和實驗方法,構(gòu)建了蓄能工質(zhì)在蓄能-釋能溫度區(qū)間內(nèi)的二元串聯(lián)黏性模型,揭示了相變流動與換熱耦合規(guī)律。在蓄能工質(zhì)的蓄能-釋能溫度范圍內(nèi),工質(zhì)流動穩(wěn)定,未發(fā)生凝固;與同等條件下的液態(tài)水相比,其流動阻力約為水的1.2至6.0倍,在低流速區(qū)間(實際應用條件)不會增加過多的輸送成本;蓄能工質(zhì)在傳熱管內(nèi)的放熱過程因其自身的相變(自由焓釋放)和流變得到強化,若傳熱管內(nèi)蓄能工質(zhì)的流速合理,其熱流通量可達到最大,該值約占其蓄能總量的60%�；趯π钅芄べ|(zhì)的實驗及理論研究,設(shè)計了流動蓄能的SAHP新系統(tǒng)。流動蓄能系統(tǒng)中,蓄能換熱器與蓄能容器獨立設(shè)置,削弱了換熱器內(nèi)傳熱結(jié)構(gòu)不對稱的影響,提升了蓄能換熱器的傳熱速率。由于蓄能工質(zhì)與冷流體對流傳熱,提升制冷"熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度6~8℃,有效改善了蓄能-釋能循環(huán)的傳熱效率,降低了熱量傳遞過程中的耗散。此外,可用能分析結(jié)果顯示,流動蓄能系統(tǒng)的制冷"制熱量、EER均提升了10%以上,可用能效率由原來的28%左右提升至32%左右。本課題研究是國家自然科學基金“三套管蓄能型太陽能與空氣源熱泵集成系統(tǒng)創(chuàng)新及特性研究(No.51178133)”的一部分。本文工作對深入研究SAHP蓄能系統(tǒng)具有重要意義,為設(shè)計效率更高的蓄能系統(tǒng)"裝置提供理論指導。本文提出的流動蓄能換熱裝置可有效提升SAHP蓄能系統(tǒng)的能效,為空氣源熱泵的低溫適應性研究提供有益參考和借鑒。
[Abstract]:澶槼鑳借緟鍔╃┖姘旀簮鐑車(Solar-assisted Air Source Heat Pump,SAHP)钃勮兘緋葷粺,鍏煎叿钃勫喎"渚涘喎,钃勭儹"渚涚儹鐨勫姛鑳，

本文編號：1391112