论文部分内容阅读
太阳辐射夏季强烈，冬季微弱，因此太阳能热泵热水系统存在季节性能不稳定性，热量来源于太阳能的空气能热泵热水系统也存在季节性能不稳定性。夏季热量富裕，导致压缩机排气温度过高;冬季环境气温较低，引起系统效率低下，压缩机排气温度过高，频繁启停，压缩机寿命下降。上述问题已经成为制约太阳能及空气能热泵热水器快速发展的重要障碍。 为解决常规太阳能热泵热水系统的上述问题。压缩机排气温度和COP与热泵系统各运行参数有着紧密的联系。本论文在第二章计算了运行参数对系统COP及压缩机排气温度的影响。结果表明:增加过冷度有利于COP的提高;降低压缩机吸气过热度或缩短高冷凝温度运行时间有利于降低压缩机排气温度。根据第二章研究结论，本论文创新性地设计了一种新型太阳能热泵热水系统(Seasonal stable solar heat pump hot watersystem，SSSHP)，并在本论文第三章对新系统的原理、设计思路进行阐述。 本论文第四章、第五章进行了SSSHP的设计研究。根据相关热泵热水器国标、规范，理论分析计算夏、冬季SSSHP的各主要热力学性能指标。以理论计算结果为依据，进行了系统各设备的设计。并研究出一种大幅提高换热器换热性能的新型设备——新型螺旋盘管换热器(New coil heat exchanger, NCHE)。NCHE相比于常见的换热器类型具有二次流增强扰动的流动特性，制作简单、成本低、换热性能好。理论分析与实验研究表明，NCHE比普通螺旋盘管换热器，盘管外水流速提高2.3倍，盘管外表面对流换热系数可提高1.69倍。 论文第六章进行了新型系统(SSSHP)与常规系统的对比实验研究。实验结果表明:1）冬季工况下，SSSHP的平均冷凝温度降低，平均蒸发温度提高。实验表明SSSHP的压缩机排气温度降低达20℃，幅度达19.9％，COP提升最高达33％。2）夏季工况下，SSSHP的平均冷凝温度降低，平均蒸发温度与常规系统的相差不大。实验表明SSSHP的排气温度降低达11℃，降幅达10.7％;因增加了水泵功耗，COP下降2％，但是在夏季，太阳能或空气能热泵热水系统迫切需要解决的是压缩机排气温度过高的问题，而系统夏季的COP是全年中最高的。3）过渡季节工况下，实验证明预设定运行模式下的新系统和常规系统各主要性能参数相差不大，可以通过阀门切换成与常规系统相同的运行模式。 本论文研究成果可用于提升太阳能、空气能热泵热水系统的全年稳定性，尤其是提升了夏、冬季节系统中压缩机的运行安全性。SSSHP应用在高温热泵热水系统或季节环境气温变化相对较大的地区其安全性、稳定性优势更加明显。