太阳能空气源热泵联合运行性能分析

作     者：卫超朋 

作者单位：天津商业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邹同华

授予年度：2023年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：空气源热泵 空气式太阳能集热器 低温环境 能效 

摘      要：近年来,随着低碳、环保技术的发展,空气源热泵系统得到了越来越多的关注。为了进一步提高下空气源热泵能效,需要对空气源热泵发展现状和存在问题进行全面分析。本文通过对比分析,以提高空气源热泵能效为目标,把太阳能集热器与空气源热泵直接连接耦合起来,通过模拟和实验分析。得到系统的确切相关参数。太阳能空气源热泵系统是由空气式太阳能集热器、高温级压缩机、低温级压缩机、蒸发器、冷凝器、中间冷凝器、循环风机、节流装置组成,使用R22/R22作为太阳能空气源热泵系统的制冷剂。首先对太阳能空气源热泵系统进行模拟分析,分别建立蒸发器、冷凝器、压缩机、中间冷凝器、节流装置的数学模型,然后使用Matlab软件进行数学仿真模拟,通过改变蒸发温度,研究系统COP、耗功、压比的变化情况。在仿真模拟中分别模拟无太阳能集热器作用情况下系统性能的变化情况和有太阳能作用下系统性能的变化情况,最后将两种模拟情况做对比。最后将两种模拟情况做对比。没有太阳能集热器作用下在蒸发温度为-25℃的情况下模拟的功率为13618W,在此温度下模拟的COP为2.6865,同样的环境条件下有太阳能集热器作用下模拟的功率为11405W,COP为3.2078。以实际工程测量结果为依据,对使用太阳能空气源热泵系统的三个加油站进行数据分析,包括在不同的环境温度下的耗电量、供热量、功率等数据。根据实际的测量结果可知,当环境温度较低时系统的耗电量较大,需要的供热量较高。对2021年10月到2022年3月的数据进行分析可知,三个不同测试地方的耗电量取决于当地的具体情况所决定的。将测试的实际数据与理论数据做对比,经过对比发现在功率方面误差理论和实际的最大误差为14.50%,并且理论和实际的COP最大误差为11.25%。对太阳能空气源热泵系统进行经济性评价分析,以“武二加油站为例,提供相同的热量,太阳能热泵系统分别与常规热泵系统、燃煤系统、天然气系统进行对比分析,以初投资和运行费用为依据,结果发现太阳能热泵系统的初投资最高为5.3万元,太阳能热泵系统的运行费用最低为9570元。以投资回报周期来评价太阳能空气源热泵系统的经济性最高。分别从理论、实际、经济性方面对太阳能空气源热泵系统进行了分析,对未来相关方面的研究提供了一定的理论支持。