性能特征整体式太阳能辅助热泵(汉语翻译)..docx

性能特征的整体式太阳能辅助热泵b?j?黄和j.p. CHYNG机械工程系 国立台湾大学 台北 台湾1999年9月27日收到并接受 2001年5月31日修订版本文摘-太阳能辅助热泵热水器（ISAHP）技术目前正在研究中。ISAHP由兰金制冷循环和热虹吸循环集成并形成包加热器，太阳和环境空气的能量被吸收在收集器或者蒸发器，并随之输送到存储槽然后通过兰金制冷循环和热虹吸式热交换器。冷凝器的制冷剂冷凝热释放到水侧换热器的热虹吸自然循环流动中随之产生的热虹吸循环。目前的研究中，使用裸收集器和小型的R134a往复式压缩机与额定输入功率为250 W的105L ISAHP建成并测试。ISAHP被设计运行在蒸发温度低于环境温度和匹配的条件（近饱和蒸汽压缩循环和压缩机排气温度100℃）性能模型推导，发现ISAHP能够很好配合实验数据。在这次研究中ISAHP的COP 范围是2.5-3.7，水温在61℃和25℃之间。版权归2001爱思唯尔科学有限公司所有。 1 介绍许多研究人员研究直膨式太阳能辅助热泵热水器(ISAHP)(例如,Sporn和安布罗斯,1955.查图尔维迪和沈,1984.O Dell etal,1984.日野,1995.查图尔维迪1998.Itoetal,1999)。ISAHP由兰金制冷循环加上太阳能收集器组成，太阳能收集器充当蒸发器。制冷剂吸收太阳能然后在蒸发器里发生膨胀。根据ISAHP设计和操作条件，热量可能会消散到收集器表面的环境中，并且环境温度低于收集器温度。在特定的操作条件下，通过设计的兰金制冷循环和收集器，证明不是从环境中直接吸收热量。在这种情况下，制冷剂直接在蒸发器吸收来自太阳辐射和环境空气的能量之后发生膨胀。理论和试验记录证明，ISAHP的高性能系数(COP)是可以获得的。ISAHP的性能由太阳辐射强度和环境条件(风速、风向、温度、湿度等)因素决定。ISAHP相比于传统空调能在更严格条件下运行，通常是不稳定的状态。图1展示了ISAHP时间变化的热动态循环。总而言之ISAHP的设计是相当复杂的。查图尔维迪(1980)进行了分析，试验的瞬时操作表明, ISAHP的蒸发温度Te取决于太阳辐射I和环境温Ta。实验设计多种情况，当Te高于Ta(热耗散从收集器到环境空气)或低于Ta(从环境空气获得热量)。查图尔维迪 (1998)理论和实验表明，ISAHP使用裸收集器和变频压缩机具有最佳性能，提供了收集器的温度与蒸发温度Te有关，并保持在温度范围的5～10℃以上环境，Itoetal (1999)也设计ISAHP的裸收集器目的在于测试Te、Ta。值得注意的是,查图尔维迪(1980)解决问题的系统匹配设计的ISAHP。图1.随时间变化的制冷循环ISAHP操作的Te、Ta是否取决于系统匹配和天气条件。从工程的角度,考虑系统匹配设计的ISAHP包括效率和可靠性。对于ISAHP压缩机的操作温度很大程度上会导致可靠性概率问题。高蒸发温度将导致高特压缩机排气温度超过许用温度极限。因此ISAHP操作的Te、Ta有优势，有较低压缩机的排气温度和双热源来自太阳辐射和环境空气。在目前的ISAHP研究中，我们进行了积分式太阳能辅助热泵(ISAHP)的室外试验(黄和Chyng 1999)来研究ISAHP的特征。我们专注于研究ISAHP的Te 、 Ta变化关系。2 设计整体式太阳能辅助热泵如图2显示，整体式太阳能辅助热泵热水器(ISAHP)与传统的设计(Itoetal.1999;查图尔维迪和沈.1984;查图尔维迪1998.ODelletal1984.日野1995)。ISAHP由兰金制冷循环和水热虹吸循环组成，并且由存储槽和ISAHP兰金循环单元集成构成加热器。 图2.ISAHP的原理图避免使用水循环泵和提高系统可靠性、热虹吸循环通过自然循环传输热量从泠凝器到水箱。热虹吸式热交换器/混合冷凝器，冷凝器和加热器的兰金循环和热虹吸循环起来。太阳能收集器/蒸发器单元结合了蒸发器的兰金循环和太阳能收集器。目前ISAHP将吸收从太阳辐射和环境空气的能量，然后在泵热储罐内通过兰金制冷循环。冷凝器再释放冷凝热进而从兰金循环的水侧换热器产生自然循环流动的热虹吸循环。水温度Tw在水槽里会随太阳辐射、环境条件、加载和运行进行调整。ISAHP瞬时COP将建立在水温度Tw太阳辐射强度I蒸发温度Te外围条件 (温度、湿度、风速和风向等)为基础上。对于COP而言系统匹配的兰金制冷循环与太阳能集热器和热虹吸循环也发挥了重要作用。在操作期间，合理的系统包括ISAHP的所有组件以调整兰金制冷周期。在操作期间查图尔维迪 (1998)使用了变频压缩机的调整。目前的研究集中在调整膨胀阀打开用以测试更好的系统性能。3 实验装置目前的研究ISAHP已经被设计和制造。裸露的收集器/蒸发器已经被采用。收集器的