【摘 要】
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太阳能资源在我国分布广泛,采用太阳能集热器收集热量作为高温热泵的低温热源,可以有效扩展高温热泵应用领域。本文对典型工况下间接膨胀式太阳能高温热泵系统运行性能进行实验和仿真模拟,探究系统应用的可行性和有效性,并对系统的经济性做出评价。搭建间接膨胀式太阳能高温热泵系统实验平台,结合天津地区气象条件对高温热泵动态运行特性开展实验研究,讨论分析太阳辐射强度、水箱储热性能、冷凝温度及膨胀阀开度对系统运行性能
【基金项目】
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天津市重点研发计划（编号:18YFHBZC00030）；
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太阳能资源在我国分布广泛,采用太阳能集热器收集热量作为高温热泵的低温热源,可以有效扩展高温热泵应用领域。本文对典型工况下间接膨胀式太阳能高温热泵系统运行性能进行实验和仿真模拟,探究系统应用的可行性和有效性,并对系统的经济性做出评价。搭建间接膨胀式太阳能高温热泵系统实验平台,结合天津地区气象条件对高温热泵动态运行特性开展实验研究,讨论分析太阳辐射强度、水箱储热性能、冷凝温度及膨胀阀开度对系统运行性能的影响。结果表明平均太阳辐射强度由396 W/m~2增加到563 W/m~2,高温热泵COP由3.62增加到3.93,制热量增加6.8%;由于太阳辐射强度的不稳定性,采用间接膨胀式系统,可以在太阳辐射强度剧烈波动时保持高温热泵相对稳定的蒸发温度,并且在太阳辐射强度为0 W/m~2时,依靠自身储热在实验条件下持续高性能工作2.5小时;当蒸发温度固定时高温热泵COP随冷凝温度升高而降低;膨胀阀开度由150步增大至250步,高温热泵全天平均COP由3.14升高到5.12。利用TRNSYS软件展开仿真模拟,将实验所得高温热泵运行数据代入高温热泵模块的外部文件,进行全年工况下系统动态运行性能模拟计算。研究系统耗电量和不同冷凝温度、水箱初始温度、水箱容积下间接膨胀式太阳能高温热泵系统性能。结果表明高温热泵耗电量相对稳定,保持在1 500 kW·h/月左右;空气源热泵耗电量六月份最低,为816.63 kW·h,一月份达到最高,为1 692.13 kW·h;当冷凝温度大于80℃时,水箱初始温度应设置为45℃或者50℃,系统可以达到最高COPs,冷凝温度为110℃时,全年平均COPs为1.6,并且在不同系统中水箱容积存在最优值。最后对五种不同系统形式进行经济性分析,探究不同集热面积以及不同辅助热源下系统的年运行综合总成本、净收益和投资回收期。并通过模糊综合评判方法对五种系统进行评价,结果表明平板式太阳能集热器+空气源热泵系统的评判因子最高,并通过该系统在初投资、运行费用、维修费用、设备寿命四方面模糊评判得分可知,此系统属于较高等级,为推广应用提供数据参考。
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