非标准工况下太阳能热泵热水系统的运行规律与优化方法研究

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太阳能热泵是利用太阳能作为低温热源的热泵系统,以供热为主,涉及建筑采暖、生活热水、工业用热等领域。该系统具有低温下的高集热效率与高温下的高制热效率,在环境保护和低碳资源开发两方面具有重大意义。热泵热水系统由工质系统和水系统两大部分组成,水系统按照用户热需求进行配置,工质系统按照春秋季节工况进行设计。太阳能热泵系统的强集热能力,导致夏季运行工况集热器集热过裕,蒸发温度严重偏离设计,压缩机运行条件恶劣,导致系统无法正常运行,高温热量流失。带给系统硬件损害和寿命下降,同时,系统效率也未能得到充分应用,太阳能热泵的制热效率存在着巨大的提升空间.本文分析了影响热泵系统运行效率的诸多因素,并对各自权重进行计算,得到权重公式。结果显示蒸发温度的变化对制热系数的影响最大,并得出了太阳能能方便的提供高温热源,是热泵热水系统的一大优势。为了解决高温工况的运行不稳定性,本文通过对热泵热水系统的工质循环和水循环的耦合,基于热量的温度梯度利用,提出一套新颖的压缩机吸气温度控制方法,通过对压缩机吸气有害过热的回收利用,降低压缩机负载,避免压缩机吸气温度过高,同时优化换热系统结构,保护压缩机在高温工况下安全稳定运行。根据相关国标的要求设计了一套试验系统,包括系统部件的核算与匹配。对热量协调的太阳能热泵热水系统进行试验,进行了不同蒸发温度试验与新型系统试验,结果显示新型系统相比较常规系统,排气温度有10℃的温降,制热系数有0.565的提升。同时根据广州地区的实测数据与电价标准,对系统运行经济性进行了计算与分析,对不存在峰谷电价的地区,热量协调的太阳能热泵热水系统相比较常规系统,运行时间与成本分别降低了27%,对存在峰谷电价的区域,运行时间减少了32.4%。本文提出的能量协调理论与附加制热系数,对于高温热泵与变工况热泵系统运行稳定型与优化,具有普遍的指导意义。
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