热泵辅助太阳能中央热水系统年运行特性研究

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1、第29卷第3期太阳台皂学报Vo1．29，No．32O08年3月ACTAENERGIAESOLAR1SSINICAMar．，2008热泵辅助太阳能中央热水系统年运行特性研究冯诗愚，胡伟2，高秀峰，李云，顾兆林2，王惠余，罗聪(1．西安交通大学能源与动力工程学院，西安710049；2．西安交通大学人居环境与建筑工程学院，西安710049；3．江苏扬州日利达有限公司，扬州225007)摘要：提出采用热泵来取代传统的电加热器，构成热泵辅助太阳能中央热水系统，可有效地降低能源消耗。结合2005年西安地区气象数据，建立了合适的数学模型，并用现有的试验数据对模型进行了校准，通

2、过模型模拟了该年热泵辅助和电辅助太阳能中央热水系统的性能系数，输入功耗，出水温度等运行参数，并对两者进行了对比。关键词：太阳能；热泵；热水器；真空管集热器；性能系数；经济性中图分类号：TK515文献标识码：A量，必须用一年的平均值来反映。有鉴于此，本文根U刖吾据陕西省气象局提供的2005年气象资料，拟合了水近年来，中央热水系统因具有效率高、运行可温和热泵蒸发温度随气温的变化关系，以现有的太靠、外形美观等优点而被越来越多的采用，这种热水阳能热泵试验台为对象，建立了数学模型，并用2005系统通常可以保证每天制造2～20t热水，满足一定年部分试验数据对模型进行了校准，

3、模拟了全年热人群全天的生活需求。泵辅助太阳能中央热水系统的运行特性，并和电辅中央热水系统一般需设置较大的电辅助加热助系统进行了对比。器，以2t热水系统为例，水箱通常加设总功率18～1热泵辅助太阳能中央热水系统36kW的电加热器，这些电加热器虽可保证系统全天候工作，但是在北方地区由于气温和水温低以及太热泵辅助太阳能中央热水系统由太阳能集热子阳辐射差，会消耗大量电能，特别是楼顶安装面积不单元和热泵辅助加热子单元组成，如图1所示。太足时，需进一步增加电加热功率。热泵可高效地从阳能和热泵单元构成并联系统，当太阳能辐射足够低温热源吸收热量，并排放到高温热源中去。目前强时，

4、不启动热泵单元，太阳集热板制造的热水储存越来越多的学者和生产厂家试图将两者www.zhulong.com组合在一在水箱中，当辐射不足或无太阳能可利用时，热泵子起，形成热泵辅助太阳能中央热水系统，该系统可以单元启动，直接对水箱中的水加热，其实质相当于用充分发挥各自的优点，从而保证全天候高效地制取一套空气源热泵替代了传统的电加热器。热水_l引。然而热泵也受气象条件的制约，环境温，‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘、‘‘‘‘一‘‘‘‘‘‘、’，，———一、I’压缩机储液干燥器I度高时，其产热量和效率高，但在冬季，其运行效率和产热量都大幅下降。目前对热泵辅助中央热水系榍蓁目风机统年运

5、行特性方面的研究很少，基本是对热泵或太阳热水器进行单独研究，从而得到两者的效率b，显循环泵膨胀装置、I然太阳辐射的强弱会影响热泵的开启时间，简单用一．⋯⋯⋯．．⋯．⋯⋯．．太阳能子单元热泵子单元热泵的效率或功率来评估整个系统每年的运行特图1热泵辅助太阳能中央热水系统流程图性，不可能反映实际情况，特别是太阳辐射在全年中Fig．1Flowchartofheatpumpassisted所占比重无法简单用几天或某个给定的工况加以衡solarcentralwaterheatersystem收稿日期：2OO6—10-03通讯作者：冯诗愚(1974一)，男，讲师、博士，主要从

6、事回转压缩机设计、制冷热泵系统模拟、清洁能源利用技术及人居环境与能量集成等方面的研究。s}liyuf@mail．tu．edu．cn太阳能学报29卷图2是该热水系统的试验装置，太阳能子单元一9月中旬，普通太阳热水器的使用也主要集中在为采用热虹吸作用的自循环结构，集热板为400根这个时段(图中7月一8月辐射很低，其主要原因是长度为1．2m、直径为47mm的真空集热管，当量集热该时段西安连续处于阴雨天气)。面积为40m2；水箱采用双筒结构，内外筒间保温为40聚氨酯发泡层，厚度为70ram，水箱的当量容积约2m3；热泵子单元为风冷热泵，放置在室内，室内设置：口10060

7、00m~／min的通风机以使室内外环境参数近似相r-r-r等，热泵采用美优乐MTSO压缩机，当量生产热水能力为640L／min(环境温度25c【二，进口水温20c【二，提高温升40c【二)。试验装置可测量的主要数据有太阳辐射量、环境温度、环境湿度、水箱温度、压缩机功率参量数、风机功率参数、水泵功率参数、水泵水量等。章磊墨r-r-r图3西安2005年日太阳总辐射和日平均气温Fig．3Dailytotalsolarradiationand∞∞averageambienttemperatureinXi’ancity，2005加加一般b自来水水温和当地气温有一定关系，本

8、文日采用式(1)来拟合气