【摘要】：太陽(yáng)能與空氣能都是清潔能源,提高這兩種能源的利用程度對(duì)提高我國(guó)的清潔能源利用率有重要意義。不過(guò),因太陽(yáng)能具有間歇性與不穩(wěn)定性,需為其配備穩(wěn)定的輔助熱源才能保證供能的可靠性�？諢嵩礋岜檬墙鼉赡陱V泛推行的供能設(shè)備,但其在低溫環(huán)境運(yùn)行時(shí)存在制熱量衰減,排氣溫度過(guò)高等問(wèn)題。為了解決兩種能源單獨(dú)利用時(shí)存在的問(wèn)題,本文將太陽(yáng)能熱利用技術(shù)與雙級(jí)壓縮空氣源熱泵技術(shù)相結(jié)合,提出一種太陽(yáng)能與空氣能分級(jí)耦合熱泵循環(huán),并將其應(yīng)用于生活熱水制取,針對(duì)太陽(yáng)能與空氣能分級(jí)耦合熱泵熱水器運(yùn)行特性開(kāi)展了相關(guān)研究。首先,本文將太陽(yáng)能集熱器引入到雙級(jí)壓縮熱泵的中間噴射支路,提出了太陽(yáng)能與空氣能分級(jí)耦合熱泵循環(huán)(簡(jiǎn)稱分級(jí)耦合熱泵循環(huán))。同時(shí),結(jié)合壓焓圖對(duì)比分析了分級(jí)耦合熱泵循環(huán)和傳統(tǒng)雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣循環(huán)的性能差異。結(jié)果表明,當(dāng)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度不變時(shí),分級(jí)耦合熱泵循環(huán)的制熱量和制熱系數(shù)均優(yōu)于傳統(tǒng)雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣循環(huán),證明本文提出的分級(jí)耦合熱泵循環(huán)相對(duì)傳統(tǒng)純空氣源雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣循環(huán)具有優(yōu)越性。其次,以太陽(yáng)能與空氣能分級(jí)耦合熱泵熱水器為研究對(duì)象,對(duì)其建立了仿真模型,并使用MATLAB軟件對(duì)模型進(jìn)行求解,研究了熱泵熱水器將150L的水自20℃加熱至50℃時(shí)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的變化情況和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、室外環(huán)境溫度對(duì)其特性參數(shù)的影響規(guī)律。仿真結(jié)果顯示:隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的升高,中間噴射壓力和相對(duì)噴射量提高,壓縮機(jī)排氣溫度降低,制熱功率增大,達(dá)到目標(biāo)水溫的加熱時(shí)間變短,系統(tǒng)制熱系數(shù)整體提升。當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為200 W/m~2和400 W/m~2時(shí),加熱時(shí)間為213分鐘和187分鐘,分別較傳統(tǒng)雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣空氣源熱泵的241分鐘縮短了11.62%和22.41%。隨著室外環(huán)境溫度的升高,分級(jí)耦合熱泵熱水器的中間噴射壓力和低壓級(jí)壓縮機(jī)質(zhì)量流量增大,相對(duì)噴射量減少,壓縮機(jī)排氣溫度升高,制熱功率增大,達(dá)到目標(biāo)水溫的加熱時(shí)間變短,系統(tǒng)制熱系數(shù)整體提升。當(dāng)室外環(huán)境溫度為-10℃時(shí),加熱時(shí)間為164分鐘,比室外環(huán)境溫度為-15℃時(shí)的181分鐘縮短了9.4%,室外環(huán)境溫度每升高1℃,加熱時(shí)間平均縮短3.6分鐘。最后,通過(guò)觀察不同水溫時(shí)熱泵熱水器制熱系數(shù)隨壓縮機(jī)容積比的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著壓縮機(jī)容積比的增大,熱泵熱水器的制熱系數(shù)先增大后減小,每個(gè)工況下都存在一個(gè)使分級(jí)耦合熱泵熱水器的制熱系數(shù)達(dá)到最大值的最優(yōu)容積比。當(dāng)熱水溫度從20℃逐漸升高到50℃時(shí),最優(yōu)容積比從0.6逐漸降到了0.4。基于此,本文提出選用變頻壓縮機(jī)作高壓級(jí)壓縮機(jī),以實(shí)現(xiàn)容積比的動(dòng)態(tài)調(diào)整,使熱泵熱水器在加熱過(guò)程中的制熱系數(shù)時(shí)刻接近最優(yōu)值。
【圖文】：

背景的能源消費(fèi)已經(jīng)進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，以煤炭、石油、電，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]顯示，2018 年全2018 年增長(zhǎng)了 3.3%，其中，煤炭消費(fèi)量占比為 59%。多的污染物，，給環(huán)境治理帶來(lái)較大壓力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1斤二氧化碳、24 公斤二氧化硫和 7 公斤氮氧化物。目分別位居世界第一和世界第二，過(guò)多的污染物排放是 2014 至 2018 年期間我國(guó)對(duì)天然氣、水電、核電、總量的比重。由圖片可以看出，雖然從 2014 年以來(lái)的比重逐年提高，但數(shù)值仍然相對(duì)較小，消費(fèi)量最大此，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，開(kāi)發(fā)可
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK515

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本文編號(hào)：2693572