太阳能集热辅以空气源热泵供热工程的可行性研究终结版38573.docx

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1、太阳能集热热辅以空空气源热热泵供热热工程的的可行性性研究学 院院: 机电工工程学院院 专 业业： 20110级热热能与动动力工程程专业 姓 名名：王肖 王坤祥祥 陶剑剑 宋迪迪迪 孙孙雅琪 任课教师师: 王王翠苹 20113 年年 011月 022 日目录CONTEENTSS摘要1第一章 绪论11.1课题题研究背背景、意意义及前前景11.2国内内外研究究进展31.2.11空气源源热泵国国外发展展及研究究现状31.2.22空气源源热泵国国内发展展及研究究现状41.2.33太阳能能热泵国国内外发发展及研研究现状状5国外发展及及研究现现状5国内发展及及研究现现状5第二章 热热泵辅助助供热太太阳能热热

2、水系统统藕合运运行方式式研究62.1 热热泵及太太阳能热热水器的的工作原原理62.1.11热泵工工作原理理62.1.22太阳能能热水器器的工作作原理72.2热泵泵与太阳阳能热水水系统藕藕合运行行方式对对比分析析82.2.11直膨式式热泵辅辅助太阳阳能热水水系统82.2.22非直膨膨式热泵泵辅助太太阳能热热水系统统82.3新型型空气源源热泵辅辅助供热热太阳能能热水系系统藕合合运行方方式研究究102.3.11新型空空气热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统构构成102.3.22新型空空气热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统的的运行模模式11第三章 新新型空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统设设计与

3、构构建1231新型型空气源源热泵辅辅助加热热太阳能能供热系系统实验验样机设设计123.11.1 太阳能能热水子子系统123.1.22空气源源热泵子子系统123.2新型型空气源源热泵辅辅助加热热太阳能能供热系系统实验验样机构构建13第四章章 新型空空气源热热泵辅助助加热太太阳能供供热系统统实验研研究134.1系统统热力性性能测试试方法及及测试参参数144.1.11 系统统热力性性能测试试方法144.1.22 测试试参数144.2空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统运运行模式式下热力力性能154.3 本本章小结结17第五章 空空气源热热泵辅助助加热太太阳能热热水系统统性能数数值计算算175.

4、1 新新型空气气源热泵泵辅助加加热太阳阳能热水水系统热热力模型型185.1.11集热器器模型185.1.22空气源源热泵子子系统模模型19第六章 空空气源热热泵辅助助太阳能能热水系系统效益益分析216.1系统统经济效效益分析析216.1.11太阳能能集热辅辅以空气气源热泵泵供热机机组经济济性分析析216.1.22资金筹筹措246.2系统统环保效效益分析析266.2.11 环境境污染相相关知识识266.2.22温室效效应266.2.33.环境境税及其其对系统统经济性性的影响响27第七章章 劳动安安全卫生生、消防防、节能能287.1 安安全287.1.11 存存在的主主要安全全问题287.1.22

5、 安安全防治治措施287.2 劳动和和保护297.2.11 系系统运行行中可能能造成职职业危害害的因素素297.2.22 劳劳动保护护措施297.3电气气防火307.4节能能措施307.5综合合评价30第八章 总结结与展望望318.1总结结318.2展望望31参考文文献32摘要太阳能总量量巨大、绿绿色环保保，其开开发利用用对节能能和环保保均具有有重要的的意义。在在能源危危机和环环境污染染双重压压力下，太太阳能逐逐渐成为为可再生生能源中中最引人人注目、研研究开发发最多、应应用最为为广泛的的清洁能能源，其其中太阳阳能热水水器被认认为是最最普遍最最实用的的太阳能能利用设设备.但但常规太太阳能热热水器

6、易易受气候候的影响响，在阴阴雨天或或春秋季季，太阳阳辐射能能热量较较少，较较难满足足热水量量的需求求，不能能全天候候使用，影影响了太太阳能热热水器的的推广应应用。热热泵仅消消耗少量量的电能能可以将将数倍低低温热能能通过压压缩机的的压缩变变为高温温热能.因此将将热泵技技术与太太阳能热热水系统统有机地地结合起起来可弥弥补后者者的不足足。空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统结结合了太太阳能的的清洁性性、可再再生性和和空气源源热泵的的节能性性，是一一种节能能、无污污染的高高效能源源利用系系统，但但同时也也增加了了太阳能能热水器器初装费费和运行行成本.本文利利用热经经济性对对空气源源热泵辅辅助式太

7、太阳能热热水系统统进行评评价，对对空气源源热泵辅辅助加热热太阳能能热水系系统热水水的经济济性进行行综合评评价。关键词：太太阳能；空气源源热泵；热水系系统；热热力性能能 第一章 绪论1.1课题题研究背背景、意意义及前前景随着当今世世界经济济的发展展和人民民生活水水平的提提高，能能源需求求量不断断持续增增高，导导致对能能源的争争夺日趋趋激烈，环环境污染染日益加加重。同同时，研研究开发发及利用用新能源源，已成成为世界界各国能能源研究究与开发发的共同同战略目目标。220世纪纪70年年代能源源危机以以来，太太阳能作作为新型型可利用用能源，逐逐步成为为国内外外研究的的重点。世世界上最最丰富的的永久能能源是

8、太太阳能，地地球截取取的太阳阳辐射能能量为11.7xx10kw，比比核能、地地热和引引力能储储量总和和还要大大50000多倍倍。从这这个意义义上，太太阳能是是取之不不尽、用用之不竭竭的。生生物质能能通过光光合作用用把光能能转化为为化学能能储存于于植物中中;煤炭炭、石油油和天然然气等矿矿物质燃燃料也是是由古代代生物固固定下来来的太阳阳能;风风能、水水能、海海洋能、波波浪能也也是太阳阳能量转转换而来来的，是是广义上上的太阳阳能。所所以说，几几乎所有有的自然然能源，从从广义的的角度看看均来自自太阳能能。目前前我们正正处于对对能源资资源开发发和利用用的第三三时期，即即以太阳阳能、核核能为主主体的多多样

9、化新新能源时时期:核核能将占占第一位位，太阳阳能占第第二位。从从长远发发展趋势势考虑，太太阳能以以其取之之不尽、用用之不竭竭、用能能清洁的的特点将将最终取取代核能能。在我我国，有有限的能能源资源源承载着着巨大的的人口和和环境压压力，虽虽然在近近几年经经济结构构调整过过程中能能源供需需矛盾有有很大缓缓解，但但从长远远看，能能源供应应不足仍仍将是制制约我国国经济发发展的重重要因素素之一。我我国现存存的石油油、天然然气等燃燃料的储储量，尚尚可采数数十年，煤煤炭资源源多一些些，也不不过1000多年年的可采采量，而而此时利利用太阳阳能就更更具有其其现实意意义。目前我国商商业建筑筑热水供供应主要要是煤炭炭

10、、燃油油、燃气气、电锅锅炉等形形式，民民用建筑筑热水供供应主要要采用电电热水器器，燃气气热水器器，太阳阳能热水水器等形形式。我我国建筑筑能耗约约占总能能耗的330%，其其中商业业建筑热热水能耗耗占总能能耗200%-440%，民民用建筑筑热水能能耗占220%，所所以，降降低传统统燃煤供供暖所造造成的大大气污染染，减少少建筑能能耗，大大力推广广及使用用包括可可再生能能源在内内的清洁洁能源将将成为建建筑节能能工作和和提高社社会能源源使用率率的一个个重要方方面。从利用热能能角度，采采用电力力、燃气气、燃油油等高品品位热源源的热水水器，虽虽然加热热效率较较高，但但实际加加热过程程中伴随随着巨大大的熵增增

11、损失，是是一种极极大的能能源浪费费。而节节能的太太阳能热热水器，对对当地的的天气和和日照变变化依赖赖性较强强，不能能稳定提提供恒温温的热水水，尤其其在阴雨雨天或冬冬季日照照时间较较短，室室外气温温较低的的情况下下，集热热效率更更低。将将热泵技技术和太太阳能热热利用技技术有机机结合起起来，以以空气源源热泵作作为传统统太阳能能热水器器的辅助助热源，来来保证太太阳能热热水器的的全天候候工作。在在我国，对对于太阳阳能资源源十分丰丰富的地地区而言言，这项项课题具具有一定定的实用用价值和和现实意意义。根据未来110年的的能源规规划，中中国将大大力发展展太阳能能、风能能，地热热、生物物能等新新能源和和可再生

12、生能源，到到20220年中中国新能能源和再再生能源源的年开开发量将将达到55.3亿亿吨标准准煤，占占能源消消费总量量的155%。中中国有丰丰富的新新能源和和可再生生能源，根根据统计计显示，太太阳能年年日照时时数在222000小时以以上的地地区占中中国国土土总面积积2/33以上，其其中青岛岛地区年年平均日日照时数数约为225500.7小小时，日日照率约约为588%，年年辐射总总量约550200MJ/m2，太太阳辐射射资源十十分丰富富，具有有良好的的开发条条件和利利用价值值。中国国能源研研究会的的一项研研究表明明:从长长远角度度考虑，新新能源和和可再生生能源的的开发利利用可以以逐步改改善以燃燃煤为

13、主主导的能能源结构构，促进进常规能能源更加加合理有有效的利利用，缓缓解与能能源相关关的环境境污染问问题，有有效降低低温室气气体排放放，改善善人居环环境，促促进经济济发展，使使中国能能源、经经济与环环境的发发展相互互协调，从从而实现现可持续续发展太太阳能热热水器具具有节能能及环保保等优势势，在太太阳能资资源较丰丰富的地地区得到到了一定定的应用用。但常常规太阳阳能热水水器易受受气候的的影响，不不能全天天候运行行。热泵泵作为一一种高效效节能装装置，其其应用逐逐渐普及及。将热热泵节能能技术与与太阳能能热水系系统有机机地结合合起来，可可弥补后后者的不不足，并并实现其其高效、全全天候运运行，对对节能和和环

14、保均均具有重重要意义义。1.2国内内外研究究进展1.2.11空气源源热泵国国外发展展及研究究现状20世纪330年代代中期，出出现了热热泵的试试验装置置。从第第二次世世界大战战前后至至70年年代中期期，美国国、前苏苏联、澳澳大利亚亚、欧洲洲各国在在热泵的的研究与与应用方方面都作作了大量量工作。理理论研究究主要集集中于热热泵的热热力学原原理、热热泵结构构和系统统的设计计选择原原理、热热泵的低低位热源源运行费费和经济济性计算算基本原原理等方方面。20世纪880年代代中后期期，由于于石油价价格的下下跌，热热泵的节节能优势势对其发发展的推推动作用用有所减减弱，但但研究工工作并未未停滞，其其中包括括对已有

15、有示范性性工程的的评价和和经验总总结以及及系统设设计、性性能测试试、模拟拟和经济济性评价价等多方方面的内内容NoobukkatssuArrai提提出带闪闪发器的的涡旋压压缩机注注气系统统，并简简要分析析了其运运行特性性，指出出应用此此项措施施在低温温工况下下可以提提高制热热性能115%左左右。990年代代初，日日本的HHagiimotto KK等人提提出采用用带喷液液旁路的的涡旋压压缩机系系统来解解决低温温工况下下制热时时排气温温度过高高的问题题，并开开发出样样机，通通过对辅辅助回路路的启停停实现热热泵机组组既能在在常温工工况下高高效运行行、又能能在低温温工况下下安全可可靠工作作，但这这同时加

16、加大了热热泵机组组的复杂杂性，使使制造成成本也大大大提高高。日立立公司推推出的JJ系列热热泵空调调机组，就就是采用用的类似似措施，现现场实测测结果表表明，机机组可以以在-115以上的的条件下下正常工工作。上世纪900年代末末，日本本Kattsujji YYamaagammi提出出利用燃燃油、燃燃气燃烧烧器辅助助加热热热泵空调调器来解解决低温温工况下下制热不不足的问问题。系系统中燃燃气、燃燃油加热热主要有有两种工工作方式式:一是是在供暖暖时停止止运行热热泵系统统，仅启启动送风风系统，依依靠燃料料在空调调器燃烧烧器中的的燃烧，加加热流经经的空气气，从而而送出暖暖风。燃燃烧器一一般加装装于室内内机中

17、;另一方方式是在在供暖时时，热泵泵系统持持续运行行，室外外机组内内的燃气气、燃油油加热器器加热室室外蒸发发器，制制冷剂将将吸收的的热量以以及压缩缩机所做做的功一一同带到到室内，制制冷剂循循环量以以及燃气气、燃油油量由计计算机根根据室内内负荷进进行控制制。这种种系统型型式较为为复杂:燃油系系统须配配备储油油罐等辅辅助设施施，在建建筑行业业中对储储油罐的的装配及及燃油的的运输管管道有着着严格的的消防要要求;燃燃气系统统对市政政输配管管网有一一定的技技术要求求，在建建筑密度度很高的的市区地地段很难难满足。因因此，这这一方案案基于安安全性考考虑以及及一些国国家地区区相关政政策法规规的限制制，其应应用前

18、景景并不十十分看好好。当燃燃烧器加加装在室室外机，系系统冬季季运行燃燃烧器时时，系统获取的的也不完完全是来来自空气气的免费费热源，而而是有代代价的热热源，且且这部分分热源也也不能得得到完全全利用。 在在大规模模应用方方面，国国外的研研究侧重重于与建建筑结构构及目标标对象相相结合。包包括:以以空气源源热泵作作为住宅宅的供暖暖(冷)机组的的研究，在在大型建建筑物或或建筑群群的供暖暖(冷)的研究究，在室室内或室室外露天天游泳池池中的应应用研究究，在建建筑物余余热(排排风废热热)回收收与利用用中的应应用研究究，对冷冷凝废热热回收与与利用中中的应用用研究，人人工冰场场和游泳泳池相结结合的系系统研究究以及

19、该该技术在在工农业业中的应应用等。美美、日、西西欧都是是热泵主主要的应应用国家家，但他他们热泵泵的发展展模式却却不尽相相同。美美国热泵泵行业的的发展主主要以单单元式热热泵空调调为先导导，生产产以空气气作为低低位热源源的单元元式热泵泵空调机机组，此此后又在在空气空气气单元式式热泵空空调机组组的基础础上又开开发了应应用于商商业建筑筑的空气气水热热泵和水水环热泵泵系统。日日本由于于其国内内资源十十分缺乏乏，各种种能源都都严重依依赖进口口，从而而其主要要集中于于小型空空气源热热泵的研研究。相相对于美美国和日日本，西西欧各国国在500年代初初就开始始从事热热泵的研研究和开开发，重重点是对对大型热热泵装置

20、置的研发发，生产产出的大大型热泵泵主要应应用于集集中供热热或区域域供热，其其发展模模式与美美国截然然不同。前前苏联在在大型区区域供热热和热泵泵站的建建设方面面也作了了大量研研究工作作。 在在能源开开发利用用方面，研研发出了了较多的的形式。国国外的研研究更加加注重将将空气源源热泵系系统与其其他能源源或辅助助设施相相结合以以提高其其运行性性能，例例如与太太阳能相相结合的的系统研研究，以以及带有有热储的的空气源源系统等等，这对对推动我我国热泵泵事业的的发展起起到很好好的借鉴鉴作用。1.2.22空气源源热泵国国内发展展及研究究现状 我我国热泵泵工业相相对于世世界工业业发达国国家的热热泵应用用与发展展来

21、说，仍仍有一段段明显的的滞后期期，但其其发展速速度相对对较快。220世纪纪50年年代初，天天津大学学吕灿仁仁教授开开展了我我国热泵泵的最早早研究。770年代代末到880年代代末期间间，我国国热泵在在空调上上的应用用有了起起步，开开展的研研究工作作主要包包括:应应用的可可行性、小小型空气气空气气热泵(家用热热泵空调调机组)的理论论与实验验研究、产产品研发发和系统统应用研研究等。这这一阶段段的研究究工作以以工业热热泵的应应用为重重点。 对对于空气气源热泵泵在寒区区冬季运运行时的的结霜问问题，哈哈尔滨建建筑科技技大学马马最良提提出采用用空气源源热泵与与水水热泵泵或者水水空气气热泵组组成耦合合的双级级

22、热泵供供暖系统统来解决决在寒冷冷地区低低温制热热时热泵泵性能恶恶化的问问题。在在冬季，用用置于室室外的空空气源热热泵冷热热水机组组制备110-220的温水水，通过过水环路路送至室室内的水水空气气热泵或或者水水热热泵系统统，系统统从水中中提取热热量，以以达到供供暖目的的。此系系统是通通过水回回路将空空气源热热泵和水水源热泵泵耦合为为双级热热泵供暖暖系统。220044年，田田长青等等人提出出利用双双级压缩缩和变频频技术相相结合的的双级压压缩变频频空气源源热泵系系统，来来提高空空气源热热泵系统统低温工工况下的的性能。将将变频技技术引入入双级压压缩热泵泵系统，利利用双级级压缩和和增加低低压级压压缩机频

23、频率的方方法，来来提高系系统的制制热量;利用双双级压缩缩加调节节低压级级压缩机机频率的的方法，提提高系统统的制热热性能系系数;利利用双级级压缩，降降低压缩缩机的排排气温度度。实测测结果表表明，系系统运行行稳定可可靠，可可以在-18以上的的室外低低温环境境中，不不用辅助助热源即即可满足足寒冷地地区供暖暖需求，拓拓展了空空气源热热泵在寒寒冷地区区的应用用。 990年代代至今，研研究热点点主要集集中于空空气源热热泵的变变频技术术、计算算机仿真真和优化化技术、CCFCSS类工质质的替代代技术、除除霜技术术、智能能控制技技术等方方面。1.2.33太阳能能热泵国国内外发发展及研研究现状状国外发展及及研究现

24、现状 国国外已有有较多此此类研究究和成功功运行的的太阳能能热泵供供热系统统。日本本、美国国、瑞典典、澳大大利亚等等国投入入大量的的人力、物物力对太太阳能热热泵进行行深入的的研究和和开发，己己实施多多项太阳阳能热泵泵供热系系统的示示范工程程，取得得一定经经济效益益和良好好的社会会效益。近近年来，土土耳其、印印度尼西西亚等发发展中国国家对太太阳能热热泵进行行大量的的研究，创创门己经经成为了了推动太太阳能辅辅助热泵泵技术继继续向前前发展的的一股强强大的新新兴力量量。在产产业化方方面，美美国的ssolaar kkingg系列太太阳能热热泵供热热设备和和澳大利利亚的qquanntumm系列太太阳能热热泵

25、热水水器就是是较为典典型的产产品范例例。国内发展及及研究现现状我国对太阳阳能热泵研研究起步步较晚，已已有天津津大学，上上海交通通大学等等进行理理论和试试验方面面的研究究。天津津大学对对串联式式太阳能能热泵供供热水系系统进行行理论和和实验研研究，结结果表明明该系统统可以一一年四季季可靠运运行，可可向用户户全天候候提供550生活热热水，并并具有一一定得节节能效果果，热泵泵COPP约为33，真空空管集热热器夏季季可单独独运行供供热水，冬冬季则可可与热泵泵联合运运行;天天津商学学院对太太阳能一一土壤源源热泵交交替供暖暖运行进进行了实实验研究究，得出出系统平平均供热热性能系系数为22.788;东南南大学

26、针针对典型型的SAAHP，列列出系统统各设备备的能量量平衡方方程，分分析了SSAHPP的平均均供热性性能系数数;厦门门大学研研究了热热工质内内部不可可逆性对对太阳能能吸收式式热泵系系统优化化性能的的影响，分分析得出出系统的的总的性性能系数数和集热热器的最最佳工作作温度.上海交交通大学学对直膨膨式太阳阳能热泵泵热水器器进行了了实验研研究，该该热水器器可全天天候提供供45 0C-50生活热热水1550L，每每天耗电电量约为为1 kkw.hh(夏-2kww.h(冬)，其其分体式式结构尤尤其适用用于高层层或多层层建筑，而而且这种种热水器器在阴雨雨天也可可以正常常运行，此此时依靠靠空气源源热泵进进行制热

27、热。第二章 热热泵辅助助供热太太阳能热热水系统统藕合运运行方式式研究2.1 热热泵及太太阳能热热水器的的工作原原理2.1.11热泵工工作原理理热泵是基于于逆卡诺诺循环原原理，以以少量电电能作为为驱动能能源，从从低位热热源中吸吸取热量量，并将将热量传传递给高高位热源源的一种种节能装装置。热泵的系统统设备与与制冷机机相同，主主要由压压缩机、蒸蒸发器、冷冷凝器和和节流阀阀组成。着着眼于放放热至高高温部分分，以制制热为目目的的机机器就叫叫做热泵泵;目的的是用于于制冷的的机器就就叫做制制冷机。热热泵的工工作原理理如图22.1所所示: 图2.1热泵的工作作过程为为:工质质经过蒸蒸发器吸吸热后，低低温低压压

28、过热蒸蒸汽在压压缩机中中进行绝绝热压缩缩转化成成高温高高压气体体，然后后经过冷冷凝器定定压冷凝凝为高温温高压液液体，液液体工质质进入膨膨胀阀进进行绝热热节流后后转化为为低温低低压液体体，而后后进入蒸蒸发器定定压吸热热并蒸发发为过热热蒸汽，从从而完成成一次逆逆卡诺循循环。如如此不断断循环，将将热源热热量输出出。热量转移过过程中，据据热力学学第二定定律，热热泵性能能的好坏坏以消耗耗每单位位机械功功所制取取得的热热量作为为衡量，转转移的热热量和输输入的机机械能之之比称为为性能系系数COOP，可可用下式式表示:在理想循环环(逆卡卡诺循环环)中，此此性能系系数与温温度差成成反比:式中: QQ传给高高温区

29、的的热量，JJW输入功功，JT高温温区的温温度，KKT低低温区的的温度，KK由式可知，热热泵的CCOP总总是大于于1。可可见，与与电加热热相比，热热泵的节节能效果果显著。2.1.22太阳能能热水器器的工作作原理根据系统循循环动力力的种类类不同，太太阳能热热水器分分为自然然循环与与强制循循环太阳阳能热水水器两种种形式。自然循环太太阳能热热水器的的工作原原理为:如图22.2，水水在集热热器中由由于太阳阳辐射而而被加热热，温度度上升，形形成集热热器与储储水箱中中水温不不同。由由密度差差而引起起浮升力力，产生生热虹吸吸现象，使使水在储储水箱及及集热器器中作自自然流动动。强制循环太太阳能热热水器的的工作

30、原原理为:这种热热水器利利用水泵泵使水在在集热器器与水箱箱之间循循环，如如图2.3所示示。当集集热器顶顶端水温温高于储储水箱底底部水温温若干度度时，控控制装置置启动水水泵使水水流动。图2.2自自然循环环太阳能能热水器器工作原原理图 图2.3强制制循环太太阳能热热水器工工作原理理图2.2热泵泵与太阳阳能热水水系统藕藕合运行行方式对对比分析析2.2.11直膨式式热泵辅辅助太阳阳能热水水系统直膨式热泵泵辅助太太阳能热热水系统统的结构构如图22.4所所示。在在直膨式式系统中中，太阳阳能集热热器与蒸蒸发器合合二为一一，集热热器同时时也是热热泵的蒸蒸发器，制制冷剂直直接在太太阳能集集热器中中吸收太太阳能而

31、而得到蒸蒸发。直直膨式太太阳能加加热泵系系统集热热面积较较小，系系统紧凑凑，安装装方便，造造价低，其其集热效效率与热热泵换热热效率较较高，但但是此种种系统是是利用太太阳能来来辅助提提高热泵泵的蒸发发温度，受受到太阳阳能集热热量的限限制，一一般只应应用于小小型供热热系统。图2.4 直膨式式热泵辅辅助太阳阳能热水水系统结结构2.2.22非直膨膨式热泵泵辅助太太阳能热热水系统统对于非直膨膨式热泵泵辅助太太阳能热热水系统统，太阳阳能集热热器与热热泵蒸发发器分立立，热泵泵冷凝器器置于蓄蓄热水箱箱中。当当太阳能能不能达达到负荷荷需求时时，热泵泵开启运运行。非非直膨式式系统根根据太阳阳能集热热器与热热泵低位

32、位热源的的关系分分为串联联式、并并联式、双双热源式式，系统统流程分分别见图图2.55一2.7。在在串联式式系统中中，太阳阳能集热热器与热热泵蒸发发器串联联，两者者通过中中间介质质实现能能量交换换。和直直膨式系系统对太太阳能利利用原理理相同，均均为利用用太阳能能辅助提提高热泵泵蒸发温温度以改改善热泵泵运行环环境。在并联式系系统中，太太阳能集集热系统统和热泵泵系统并并联，均均可作用用于热水水。当太太阳辐射射强度足足够强时时，不需需要开启启热泵，直直接利用用太阳能能将水加加热;当当太阳辐辐射强度度较弱，不不能满足足需求时时，开启启热泵。此此种系统统有效解解决了太太阳能制制热水的的连续性性问题，但但环

33、境温温度对热热泵制热热性能的的影响仍仍没有得得到改善善。双热源式系系统是上上述三种种太阳能能热泵热热水系统统形式的的综合，其其热泵子子系统拥拥有两个个不同性性质蒸发发器以太阳阳能集热热器集热热工质为为热源的的蒸发器器和以空空气为热热源的蒸蒸发器，所所以称其其为双热热源太阳阳能热泵泵。此系系统由于于采用两两种低温温热源，使使系统稳稳定性较较高，但但由于系系统结构构复杂，初初投资较较高，目目前应用用较少。图2.5串串联式热热泵辅助助太阳能能热水系系统流程程图图2.6并并联式热热泵辅助助太阳能能热水系系统流程程图图2.7双双热源式式热泵辅辅助太阳阳能热水水系统流流程图2.3新型型空气源源热泵辅辅助供

34、热热太阳能能热水系系统藕合合运行方方式研究究2.3.11新型空空气热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统构构成由上述热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统祸祸合运行行方式对对比分析析可知，目目前热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统均均在不同同程度上上存在一一定的局局限。为为充分利利用太阳阳能并有有效降低低热泵的的电耗，本本文采用用新型的的热泵与与太阳能能热水系系统藕合合运行方方式构建建空气源源热泵辅辅助供热热太阳能能热水系系统。该该新型空空气源热热泵辅助助供热太太阳能热热水系统统的结构构如图22一8所所示。由图2一88可知，该该新型空空气源热热泵辅助助供热太太阳能热热水系统统主要由由太阳能能热水子子系统

35、II、空气气源热泵泵子系统统H及其其它附件件构成。太太阳能热热水子系系统I、空空气源热热泵子系系统H通通过蓄热热水箱进进行有机机藕合。其其中太阳阳能热水水子系统统主要由由太阳能能集热平平板和蓄蓄热水箱箱构成，空空气源热热泵子系系统由压压缩机、冷冷凝器、蒸蒸发器、节节流毛细细管构成成。图2.8空空气源热热泵辅助助供热太太阳能热热水系统统2.3.22新型空空气热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统的的运行模模式该新型空气气热泵辅辅助供热热太阳能能热水系系统可分分别按单单一太阳阳能热水水系统、单单一空气气源热泵泵热水系系统模式式及空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统模模式运行行。(1) 单一太阳能

36、能热水系系统运行行模式 当当太阳辐辐射良好好，日照照充足时时，仅运运行太阳阳能热水水系统，热热泵系统统关闭。由由太阳能能循环系系统对水水箱内水水进行自自然循环环加热，空空气源热热泵辅助助加热太太阳能热热水系统统以常规规太阳能能热水器器模式运运行。(2) 单一空气源源热泵热热水系统统运行模模式 阴阴雨天或或夜晚，无无太阳辐辐射时，太太阳能热热水系统统停止运运行，此此时开启启空气源源热泵，由由热泵循循环系统统对水箱箱内水进进行加热热，空气气源热泵泵辅助加加热太阳阳能热水水系统以以常规空空气源热热泵热水水器模式式运行。(3)空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统运运行模式式当太阳辐射射较差，日日

37、照不足足时，仅仅利用太太阳能循循环系统统对水箱箱内水加加热不能能达到热热用户需需求，此此时在日日间运行行太阳能能热水系系统，傍傍晚开启启空气源源热泵，由由空气源源热泵机机组进一一步加热热水箱中中水，直直至达到到热用户户需求。第三章 新新型空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统设设计与构构建31新型型空气源源热泵辅辅助加热热太阳能能供热系系统实验验样机设设计3.1.11 太阳阳能热水水子系统统太阳能热水水子系统统系统构构成如表表3.11所示:表3.1太太阳能热热水子系系统设备备列表3.1.22空气源源热泵子子系统空气源热泵泵子系统统系统构构成如表表3.22所示表3.2空空气源热热泵子系系统设

38、备备列表3.2新型型空气源源热泵辅辅助加热热太阳能能供热系系统实验验样机构构建新型空气源源热泵辅辅助加热热太阳能能供热系系统实验验样机在在青岛大大学于220122年122月在实实验楼楼楼顶完成成安装与与调试空气源源热泵辅辅助加热热太阳能能热水系系统主体体部分实实物照片片见图33.1所所示图3.1 新型空空气源热热泵辅助助加热太太阳能供供热系统统实物图图第四章 新新型空气气源热泵泵辅助加加热太阳阳能供热热系统实实验研究究4.1系统统热力性性能测试试方法及及测试参参数4.1.11 系统统热力性性能测试试方法(l)水箱箱充水:打开供供水管阀阀门将蓄蓄热水箱箱注满(打开进进水管,同时打打开热水水出水管

39、管,直至至出水管管有水流流出,说说明水箱箱已充满满水);(2)启动动计算机机自动数数据采集集系统,数据存存储间隔隔时间设设为5 minns(3)当太太阳辐射射较好时时,9:30开开始运行行太阳能能集热器器单独供供热水模模式。热热泵机组组处于关关闭状态态,166:300停止测测试,输输出采集集仪内存存储数据据。此时时开启热热水出水水水管阀阀门,同同时开启启进水水水管阀门门对水箱箱进行补补水,直直至水温温达到境境温度。(4)177:000开始运运行空气气源热单单独供热热水模式式,177:000启动压压缩机,同时启启动数据据采集系系统开始始进行数数据采集集,每隔隔5miin记录录系统所所需测试试温度

40、及及电率表表的起始始读数。当当温度达达到设定定温度时时,压缩缩机停止止运转,记录下下电功率率表的终终止读数数,输出出采集仪仪内存储储数据,关闭计计算机自自动数据据采集系系统。(5)当太太阳辐射射较差,日照时时间较短短时,运运行空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能集热热系统。99:300启动数数据采集集系统,对太阳阳能集热热系统所所需测试试参数进进行采集集,此时时热泵机机组停止止运行。运运行至117:000时水水箱温度度未达到到设定温温度,启启动压缩缩机,通通过热泵泵继续加加热蓄热热水箱中中的热水水。当温温度达到到设定温温度时,压缩机机停止运运转,记记录下电电功率表表的终止止读数,输出采采集仪内内存

41、储数数据,关关闭计算算机自动动数据采采集系统统。此时时开启热热水出水水管阀门门,同时时开启进进水水管管阀门对对水箱进进行补水水,直至至水温达达到环境境温度。4.1.22 测试试参数为测试分析析系统的的热力性性能及运运行特性性,测试试参数包包括:(1)室外外温度tta();(2)太阳阳能集热热器进口口、出口口温度ttin()和toutt();(3)水箱箱上部、中中部温度度t1()和t2();(4)压缩缩机进气气口、气气口温度度tcommpinn()和tcommpouut()(5)冷凝凝器进口口、出口口温度tt0inn()和t0ouut();(6)蒸发发器进口口、出口口温度ttkinn()和tko

42、uut();(7)太阳阳能辐射射量I（WW/m22）(8)压缩缩机耗功功量Wcommp(KKJ)4.2空气气源热泵泵辅助供供热太阳阳能热水水系统运运行模式式下热力力性能在测试期间间9:000一117:000采用用单一太太阳能制制热水模模式,若若蓄热水水箱终温温小于445,则117:000之后后采取开开启空气气源热泵泵进行辅辅助供热热。实验验中所测测得的数数据包括括:环境境温度!水箱中中部水温温、水箱箱出口水水温、集集热器进进水、出出水口温温度、压压缩机进进气、出出气口温温度、蒸蒸发器进进、出口口温度、冷冷凝器进进、出口口温度、辐辐射强度度。在此运行模模式下,以太阳阳能集热热模式下下获得的的蓄热

43、水水箱终温温作为空空气源热热泵辅助助加热时时初始水水温。由由于整个个测试期期间,天天气状况况良好,所以其其中只有有三天采采取此种种模式进进行制热热水。(l)系统统室外环环境温度度、蓄热热水箱温温度、集集热效率率分析图4.133给出了了20112年111月117日系系统室外外环境温温度、蓄蓄热水箱箱温度和和集热效效率的变变化趋势势。由图图可知:测试期期间环境境温度变变化较为为平缓,日间平平均温度度为244.244。由于于测试期期为多云云天气,太阳辐辐射强度度较低,所以水水箱温升升较为缓缓慢,加加热到117:000时,水箱终终温为339.22。177:000一177:255采用空空气源热热泵进行行

44、加热,水箱温温升曲线线升高较较快,117:225时,水箱上上部水温温被加热热至588.2集热效效率在110:220时达达到最大大值为771.889%。图4.133系统室室外环境境温度、蓄蓄热水箱箱温度和和集热效效率的变变化趋势势(3) 系统空气源源热泵系系统制热热量、耗耗电量、性性能系数数分析图4.144给出了了系统用用空气源源热泵进进行制热热水测试试期间系系统制热热量!耗耗电量及及COPP的变化化趋势。由由图可知知:系统统在255分钟内内把先前前已经预预热的水水加热至至用户需需求。系系统耗功功量随时时间变化化不大,系统供供热量和和COPP值随时时间变化化较大,并且CCOP值值随供热热量的变变

45、化而变变化。图4.144系统制制热量、耗耗电量及及COPP的变化化趋势4.3 本本章小结结对自行研制制的新型型空气源源热泵辅辅助供热热太阳能能热水系系统在青青岛地区区气候条条件下进进行了实实验研究究。在空气源热热泵辅助助供热太太阳能热热水系统统运行模模式下,实验结结果表明明：与传传统的单单一太阳阳能或者者单一的的空气源源热泵相相比该设设备能在在较短时时间内即即可把热热水加热热,耗时时较短。第五章 空空气源热热泵辅助助加热太太阳能热热水系统统性能数数值计算算5.1 新新型空气气源热泵泵辅助加加热太阳阳能热水水系统热热力模型型5.1.11集热器器模型入射在集热热器表面面上的太太阳辐射射能,一一部分

46、被被吸热板板吸收变变成有用用的能量量,用来来提高空空气温度度,另一一部分变变成损失失。在稳稳态运行行时,平平板集热热器有效效利用的的能量为为:5.1.22空气源源热泵子子系统模模型在建立热泵泵循环模模型之前前,首先先需要了了解系统统中各设设备功和和热量的的变化情情况,然然后再对对循环的的性能指指标进行行分析和和计算。当完成一个个供热循循环时,在压缩缩机中,外界对对制冷剂剂作功,而热量量的传递递情况则则因设备备而异,在冷凝凝盘管中中热量由由制冷剂剂传给生生活用水水,在蒸蒸发器中中热量由由室外空空气传给给制冷剂剂。冷凝盘管中中单位时时间内由由制冷剂剂传递给给水的热热量称为为循环的的供热量量,用符符

47、号QKK表示。压压缩机中中由压缩缩制冷剂剂所消耗耗的功率率用符号号P0表示,它是保保持系统统循环运运行所付付出的代代价。这这两者的的比值。根据热力学学第一定定律, 如果忽忽略位能能和动能能的变化化,系统统内稳定定流动的的能量方方程可表表示为:第六章 空空气源热热泵辅助助太阳能能热水系系统效益益分析6.1系统统经济效效益分析析6.1.11太阳能能集热辅辅以空气气源热泵泵供热机机组经济济性分析析假设宿舍楼楼有十层层，共1100000平方方米，实实际可安安放太阳阳能即热热板面积积为5000平方方米。每每人需占占用十平平米，则则有一千千人。每每人每天天用水550L，则则学校每每天需用用水500吨。假假设把水水从100加热到到40，则需需要加热热50吨吨水，