太阳能辅助跨临界co2热泵系统理论分析和优化的研究

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1、CIassiliedIndex：TB657U．D．C：621．6ThesisfortheMasterDegreeTheoreticalAnalysisandOptimizationStudyofsolarassistedTrans—criticalCarbonDioxideHeatPumpSystemCandidate：Supervisor：School：DateofDeferice：Degree—Conferring—Institution：JingyingOuyangAssociateProf．YingbaiXIESchoolofEnergy,Power&

2、MechanicalEngineeringMarch．2013NorthChinaElectricPowerUniversity华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《太阳iiiii助跨临界C02热泵系统的理论分析和优化研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期I瑚独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全山本人承担。作者签名：欢f；l；1．羁益F"}lj：加／舟≥月／

3、

4、二I华北电力大学硕士学位论文使用授权书《太阳能辅助跨临界C02热泵系统的理论分析和优化研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩II】或其他复制手段保存沦文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于请在以上相应方框内打“√”：保密口，在年解密后适J：日本授权书不保密∥作者签名：放阳晶

5、莹导师签名：巾萎搠lII!I：2dD年岁月7日同期：加侈年)-n彳日摘要随着氟利昂系列工质的逐渐禁用，以C02为工质的跨临界循环在热水器等领域得到了广泛应用。太阳能也广泛使用在热水器领域，如何将二者有机结合，达到优势互补，提高系统效率和节约能源，需要研究。因此本课题进行太阳能辅助跨临界C02热泵系统的理论分析和优化研究。本文分析太阳能与热泵的耦合形式，结合跨临界C02热泵的特点，设计了由太阳能集热器、C02热泵和储热水箱等组成的太阳能辅助C02热泵，系统有三种运行模式：空气源热泵模式，节能模式和太阳能模式。通过建立模型，编制EES程序，对该系统在北京地区冬季运

6、行工况进行计算和分析。结果表明：空气源热泵模式下的性能系数为2．90，节能模式为4．97，是空气源模式的1．71倍；低温太阳能热水引起系统蒸发温度、过热度、高压压力和气体冷却器出口温度等变化。系统性能随蒸发温度的增加而增加，且幅度越来越大。随着过热度的增加，压缩机出15温度、热负荷和压缩机耗功都呈线性增加，但对系统性能几乎没有影响。随着高压压力的增加，COPH存在一个峰值，即有最优高压压力的存在。随着气体冷却器出口温度的增加，系统性能下降越来越快，说明循环加热影响较大。对比分析太阳能辅助热泵系统、燃气锅炉和电加热锅炉，虽然太阳能辅助热泵初投资最高，但运行成本最

7、低。为进一步提高系统性能，’对系统进行优化研究。采用FLUENT软件对U型真空管式太阳能集热器进行结构优化模拟分析，研究单管的入口流速、太阳能辐射量和铜管内径对管内温度场和速度场的影响。在循环加热条件下，模拟结果显示水箱存在明显的分层现象，容易造成底部成为加热盲区。在建立跨临界C02热泵压缩机、气体冷却器、节流阀、蒸发器的模型后，分析用户侧热水水流量和压缩机吸气过热度的影响。最后提出双热源跨临界C02多功能热泵系统，系统由太阳能集热系统、吸附式制冷系统、C02热泵系统和辅助换热器组成，可有效发挥各子系统各自优势，高效地供冷、采暖和供热水。关键词：跨临界C02热

8、泵；太阳能辅助；性能系数；系统设计；数值模拟AbstractSinceFreonrefrigerantsareforbiddentousestepbystep，transcriticalcycleusingnaturalrefrigerantC02hasbeenwidelyapplied，suchashotwaterheater．Asisknown，S01arenergyisalsousedinthefieldofwaterheater．Itisconsideredtoimprovethesystemefficiencyandenergysavingthrou

9、ghcombiningthemorga