直膨式太阳能热泵系统的模拟分析

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直膨式太阳能热泵热水器不同工质的性能分析

ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｈｒｅｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔＲｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｉｎａＤｉｒｅｃｔ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎＳｏｌａｒ－ＡｓｓｉｓｔｅｄＨｅａｔＰｕｍｐＷａｔｅｒＨｅａｔｅｒ
ＫＯＮＧＸｉａｎｇｑｉａｎｇ，ＬＩＪｕｎｘｉａｏ，ＬＩＹｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５９０，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＲ２２，Ｒ４１０ＡａｎｄＲ２９０ｉｎａｄｉｒｅｃｔ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎｓｏｌａｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｈｅａｔｐｕｍｐｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒ（ＤＸ－ＳＡＨＰＷＨ）ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｆｌｏｗｍｏｄｅｌｓｏｆｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒ／ｅｖａｐｏｒａｔｏｒａｎｄｃｏｎｄｅｎｓｅｒｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｌｕｍｐｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｍｏｄｅｌｓｏｆｃｏｍ－ｐｒｅｓｓｏｒａｎｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｖａｌｖｅａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｃｈａｒｇｅｍｏｄｅｌｗｅｒｅｂｕｉｌｔ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｏｆａＤＸ－ＳＡＨＰＷＨｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｄｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｒｅｐｏｒｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰ），ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｅａｔｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅＤＸ－ＳＡＨＰＷＨｕｓｉｎｇＲ２２，Ｒ４１０ＡａｎｄＲ２９０ｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＣＯＰｏｆｔｈｅＲ２９０ｓｙｓｔｅｍｉｓａｐｐａｒｅｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅＲ２２ａｎｄＲ４１０ＡｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅＤＸ－ＳＡＨＰＷＨ．ＴｈｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｅａｔｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅＲ４１０ＡｓｙｓｔｅｍａｒｅｓｌｉｇｈｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅＲ２２ａｎｄＲ２９０ｓｙｓｔｅｍ．ＩｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅＲ２２ａｎｄＲ４０１Ａｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｈａｓａｇｒｅａｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅＲ２９０ｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓｐｅｅｄｒｅｍａｒｋａｂｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅＲ４１０Ａｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎ

%bd热泵热水器热力性能分析及优化设计

２００１年开始，上海交通大学制冷与低温工程研究所在直膨式太阳能热泵热水器的样机开发方面做了大量系统、详实的工作［１。］。２００４年底，已研制出
∞Ｐ更高的实验样机，目前已开展了较有成效的研
究工作‘６｜。
１直膨式太阳能热泵热水器实验装置
图１是实验样机实物照片，除太阳集热／蒸发器（下文简称“集热板”）外，直膨式太阳能热泵热水器系统的其余部件与常规热泵系统完全相同，极具商品化潜力。制冷剂作为太阳集热介质直接在集热板中吸收环境中的热量（太阳能、空气热）而蒸发，然后通过热泵循环将冷凝热释放给水箱内被加热的水。由于本热泵系统的蒸发器与太阳集热器是合二为一
缩机（其有效能损失系数，系统Ａ为４０％，系统Ｂ为３４％）和太阳集热／蒸发器（其有效能损失系数，系统Ａ为２１％，
系统Ｂ为３７％）为最大，然后依次是冷凝器（其有效能损失系数，系统Ａ为１１％，系统Ｂ为８％）和热力膨胀阀（其有
效能损失系数，系统Ａ和系统Ｂ均为５％）。因此，压缩机的合理选配、集热器的优化设计是提高太阳能热泵热水器
ＡＣＴＡＥＮＥＲＧＩＡＥ鲫ＡＲＩＳＳｌＮＩＣＡ
Ｖ０１．２８．Ｎｏ．５Ｍａｙ．，２００７
直膨式太阳能热泵热水器热力性能分析及优化设计
李郁武，王如竹，王泰华，吴静怡，许煜雄
（上海交通大学制冷与低温工程研究所，教育部太阳能发电及制冷工程研究中心，上海２０００３０）
摘要：针对“直膨式太阳能热泵热水器”７５０ｗ实验样机（系统Ａ）进行了过渡季节运行工况下的实验研究，根据
１）集热板．
，。．。＝Ｅ脚＋［Ｅ。一ｆ—Ｅ。一ｆ］
＝．Ｅｆａｄ＋（凰一日。）一％（Ｓ。一Ｓ，）＋Ｅ．ｍ—ｆ—Ｅ伽ｔ—ｆ
＝ｋ＋（日。一巩）一％（Ｓ。一Ｓ：）（１０）
３）冷凝器

直膨式太阳能热泵系统的数学建模及验证_胡巍亚_侯亚祥_曹玉春_蒋绿林_陈孚江

0引言太阳能热泵系统一般由太阳能集热器和热泵系统两部分组成，在直膨式太阳能热泵系统中，热泵系统的蒸发器由太阳能集热器取代，其系统主要由太阳能集热蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、干燥过滤器及相应管路部件构成。

太阳能热泵系统兼备了太阳能和热泵的优点，具有集热效率高，耗电耗能少等优点，现阶段主要应用于采暖、干燥和生活热水等领域。

太阳能热泵系统的研究主要从理论分析和实验研究两个方面着手，通过理论分析系统的各个部件，找出各部件之间的相互联系及各自的特性，经过实验研究不断优化设计，使系统各部件之间达到最佳的匹配，提高和改善系统的性能、变工况特性和可靠性。

对于太阳能热泵系统的数学模型，一般可分为稳态模型和动态模型。

稳态模型是指模拟系统在稳定工况下运行的数据结果处理分析，一般不需要考虑各部件变化频率的量级大小，即由不含时间量的代数方程组求解得到结果；而动态仿真模型则要考虑时间量级对系统影响的运行分析。

本文对直膨式太阳能热泵系统的重要部件建立了数学稳态模型，并给出了模型的求解方法[1]，[2]。

1数学模型的建立1.1有盖板的平板太阳能集热蒸发器数学模型平板太阳能集热蒸发器[3]作为低温换热蒸发器，制冷剂在板内吸收太阳辐射和环境中的热量，通过压缩机绝热压缩把热量传递给冷凝器向被加热对象释放热量。

太阳能集热蒸发器（以下简称集热器）中制冷剂主要以相变换热为主，其物理模型如图1所示。

从图1中可看出，在制冷剂侧，管内包含两相区和过热区两个相区，装置在稳定运行过程中，制冷剂经节流后以低干度的气液两相状态进入集热蒸发器，在太阳照射的条件下逐渐受热蒸发，最终以过热气体状态离开集热器。

沿着制冷剂流动方向可以将集热器划分若干微单元，并建立分布参数数学模型。

图2所示为集热器中一基本微元管段截面图。

图中，h 1和h 2分别为微元段制冷剂进口和出口焓值，T 1和T 2分别为微元段制冷剂进口和出制冷剂两相区过热区管壁直膨式太阳能热泵系统的数学建模及验证胡巍亚，侯亚祥，曹玉春，蒋绿林，陈孚江（常州大学能源与动力工程系，江苏常州213016）摘要：文章建立了直膨式太阳能热泵系统的数学模型，其中包括有盖板的平板太阳能集热蒸发器数学模型、压缩机数学模型、冷凝器数学模型以及膨胀阀数学模型，并从两种角度对该数学模型进行求解，同时建立了实验平台，以实验数据来验证模型的正确性。

直膨式太阳能热泵热水器集热_蒸发器流道结构分析与实验_刘睿盈

(c) 单元 3 结构及尺寸图 2 三种流道结构单元
k 方程：
2.2 数学模型 2.2.1 模型假设在实际生产中，所研究的结构单元按一定规律排布，形成集热/蒸发器制冷剂流道。然而数值分析中只研究尺寸较小的单一结构单元，故而假设制冷剂在三种流道结构单元中没有温度变化。数学模型建立中有如下假设： 1）流动为定常流动。 2）流体为不可压缩的牛顿流体。 3）忽略重力和由于密度差异引起的浮力。 2.2.2 流道单元的控制方程[8] 1）流体质量守恒方程：
[Abstract] With the development of economic and social in our country, building energy consumption is rising. Government is vigorously developing green building to make full use of renewable energy. As a result, solar energy has been paid widely attention. Solar assisted heat pump water heater combines heat pump and solar energy to satisfy the domestic hot water demand. A solar assisted heat pump system was introduced in this paper. In a direct solar assisted heat pump system, the solar collector/evaporator is a critical component, and the performance of the collector/evaporator is affected a lot by the flow channel structure. Through the theoretical 3D numerical simulation of three different channel styles with Fluent software, the temperature distribution on the surface of the collector was obtained. Based on the heat transfer in the channels, a methodology for the design optimization of the collector/evaporator was introduced and applied. [Keywords] Collector/evaporator; Different channels; Fluent software; Temperature distribution

关于直膨式太阳能热泵技术的思考

关于直膨式太阳能热泵技术的思考一、实验现象的论述目前正在研究的双源一体热泵热水机,其对太阳能的吸收效果我们一直没有得到一组很好的数据。

前期我们怀疑的焦点主要是两个方面：1）根据申菱以前的讲述似乎镀膜的双源一体机组与未镀膜的机组相比，在换热器胀管工艺环节似乎处理的不好，胀管可能有松动，接触不好等问题；2）怀疑镀膜翅片吸收的太阳辐射热量很可能来不及传入铜管内部介质就被周围环境空气流动带走，即整个系统需要进行隔热措施。

针对以上两个疑问，我们简单的进行了两次对比实验，具体实验结果如下：针对问题1做了以下对比实验：图1：镀膜与未镀膜机组在没太阳工况下的性能对比根据图1我们可以看到，如图中紫色字体显示，两机组在把水箱内水温从40℃加热到54℃的过程中，其所用时间均为35Min，消耗功率每隔5分钟的检测值也近乎是一致的。

图2：镀膜与未镀膜机组在有太阳的条件下性能对比根据图2我们可以看出，在有太阳的条件下，镀膜与未镀膜机组将一箱水从27℃加热到55℃所花费的时间基本均为50分钟，其各个检测点所得到的功率数值也基本一样，镀膜机组的太阳能优势并没有明显的发挥出来。

（备注：本次测试虽然是上午，但是太阳辐射变化较大，有微风）在排除了镀膜机组的胀管因素影响之后，即胀管可能会对系统效果有影响，但其并不是影响系统性能发挥的主要因素。

针对换热器可能与空气发生严重的对流而使辐射得热量损失进入空气中的怀疑，我们于2011年10月19日又进行了一次对比实验，实验结果如下：图3：添加玻璃盖板之后镀膜机组性能测试对比从图3可以看出，在添加玻璃盖板之后，下午把一箱150L的水由29.8℃加热到54.6℃所用的时间为68分钟；太阳落山之后的晚上把一箱水150L由31.5℃加热到54.5℃所用的时间为62分钟，时间基本一致，说明在添加玻璃盖板之后，虽然降低了机组换热器与周围环境的对流换热，但是在整个加热过程中，太阳能对系统总加热量的贡献还是比较微弱的。

直膨式太阳能热泵系统特性分析及优化

图１太阳能热泵系统类型
收稿日期：０９１—５２０ —０１基金项目：广东省科技攻关项目（０７００００３２０Ｂ１８０３）作者简介：卜其辉（９５）男，１８．，硕士研究生，主要研究方向为新能源的开发利用技术
种装置．转移到高温热源中的热量包括消耗掉的
高品质热量和从低温热源中吸收的热量，以热泵所是一种高效节能的制热方式．太阳能／气能双源一体式热泵是将太阳能集空
热器和热泵有效相结合，太阳能和空气能中提取从热量的高效节能设备．能避免太阳能热泵受时间它
热器充当，即以太阳能为热源，另一个与之并联是传统的以空气为热源的蒸发器．
２直膨式太阳能热泵相关特性研究
热泵是通过消耗一部分高品质（电、、如气煤
等）的能量把热量从低温热源转移到高温热源中的
一
和非直膨式两种．非直膨式热泵系统中，阳能集在太
热介质通常采用水、空气或防冻溶液等流体，它们使
王如竹等在这方面也做了大量的研究引，们采用他无盖板、无底部保温、表面喷涂光谱选择性材料的平板型集热蒸发器，用铜管／选铝板焊接方式或全铝板热吹胀方式制作，系统ＣＰ是３１～．１Ｏ．１６６．为了增加集热器对太阳能和空气能的吸收能力，年螺旋管翅式集热器作为蒸发器已逐渐应近几用在直膨式太阳能热泵上．南大学徐国英等人对东南京冬季环境下配备２２ｍ．全裸式螺旋管翅集热

直膨式太阳能热泵系统的热力性能分析

直膨式太阳能热泵系统的热力性能分析1 背景介绍现已普及的节能可再生能源应用技术之一便是太阳能热泵，也称热泵系统，它在工业生产、家庭及商用等新建和改建中有着更多应用。

其工作原理就是将大自然资源中的低温改变为高温相对较高的温度，然后使用太阳能节能装置将太阳能处理成热能，再在建筑环境中应用，来实现可再生温度热能和冷能的节能利用。

而嵌入式水冷型太阳能热泵系统开始由台湾邦威集团的BaoWei Energy于2012年开始投入大批量生产，由于其在夏天高温环境下，比传统压缩机系统更有效率，因此备受欢迎。

2 膨胀式太阳能热泵系统介绍膨胀式太阳能热泵系统是一种新型的混合太阳能热泵系统，其基本结构由两个独立的水箱、太阳能收集单元（CPE）、储热单元、控制单元（RCU）以及热交换器组成。

这种太阳能热泵系统是以膨胀型逆变器为动力驱动，在使用过程中，太阳能系统通过太阳能资源从而达到节能提升的作用。

3 热力性能分析膨胀式太阳能热泵系统是基于热剥落原理进行工作，通过热力循环系统控制加热系统，达到节能提升的作用。

热力分析分为静态与动态两种方式，其中静态热分析适用于长期分析，而动态热分析更加适用于短期分析。

热力分析的过程中，首先评估各组件的设计工况，输入室内温度、新风温度、太阳能收取的热量等影响参数，进而计算得出各环节的能量转换，得出系统性能指标，其主要包括总机组效率、非常见等效散热器效率、太阳焦耳温度、电耗等性能参数，为相关权力部门提供依据，可为该系统决策提供依据。

4 结论本文综述了嵌入式水冷型太阳能热泵系统，介绍了膨胀式太阳能热泵系统的工作原理及热力性能分析，其热力分析由静态与动态两种方式进行，最终计算的系统性能指标可为相关权力部门提供依据，保障可再生温度热能和冷能的节能利用效率。

因此，膨胀式太阳能热泵系统开始由台湾邦威集团以及其他类似企业生产，有望受到更多消费者的喜爱。

直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准

直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准一、引言直膨式太阳能热泵热水系统是一种结合了太阳能热水系统和热泵技术的新型热水系统，其应用技术标准对于系统的设计、安装、运行等方面都有着重要的指导作用。

本文将从系统原理、设计要求、安装标准、运行规范等方面综合评估直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准，以期为读者提供全面、深入的了解。

二、直膨式太阳能热泵热水系统原理直膨式太阳能热泵热水系统是利用太阳能和热泵技术，通过将太阳能进行集热和储存，并结合热泵技术将储存的能量转化为热水供暖及生活用水的系统。

该系统通过充分利用太阳能资源和热泵技术，实现了能源的高效利用和环保目的。

三、设计要求1. 太阳能集热器的选型和布置应符合热水需求和实际安装条件。

2. 热水储存和供应系统应能满足日常生活用水和采暖的需要。

3. 蓄热罐、热泵及辅助设备的选用和配置应符合系统设计要求。

4. 控制系统应设计合理、操作简便，可靠性高，能够保证系统的安全稳定运行。

四、安装标准1. 太阳能集热器的安装位置和角度应根据当地的日照情况和建筑结构进行合理设置。

2. 热水储存和供应设备的安装应符合相关的安全技术规范和建筑标准。

3. 热泵及辅助设备的安装应符合相关技术标准，保证系统的运行效率和长期稳定性。

五、运行规范1. 系统的日常维护保养应按照相关规定进行，保证系统设备的正常运行。

2. 系统运行过程中的能耗、温度等参数应根据设计要求进行监测和调整，以保证系统的高效运行。

3. 系统故障的排除和应急处理应按照相关技术标准和操作规程进行，以确保系统的安全运行。

六、个人观点和理解直膨式太阳能热泵热水系统应用技术标准是保证系统设计、安装、运行的质量和效果的重要依据。

通过对系统原理、设计要求、安装标准、运行规范的全面评估，可以更好地指导和规范系统的应用和推广。

我个人认为，随着太阳能和热泵技术的不断发展，直膨式太阳能热泵热水系统将在未来得到更广泛的应用，相关技术标准和规范的完善将对系统的推广和应用起到积极的推动作用。

233直膨式太阳能热泵复合机供热火用分析

直膨式太阳能热泵复合机供热火用分析山东科技大学杨前明赵芳孔祥强摘要建立了直膨式太阳能辅助热泵多功能复合机（DX-SAHPM）供热模式循环过程的火用平衡方程，根据实验测试数据确定出热力循环的有关参数，计算出系统主要部件的火用损失，其中集热器和压缩机的火用损失系数分别达到31.84%和14.89%，占了火用损失总量的45.8%和21.4%。

理论分析表明系统中集热器面积与压缩机容量不匹配是造成集热器与压缩机火用损失过大的主要原因，并在此基础上提出了相应的改进措施。

关键词直膨式；太阳能；热泵；火用分析直膨式太阳能辅助热泵多功能复合机（DX-SAHPM）是在传统的空气源热泵基础上有机结合了太阳能热利用技术，是一种新型绿色环保的节能装置。

它有效解决了普通风冷热泵系统低温环境下运行效率低或无法运行的缺陷，最大限度的发挥了太阳能及热泵的节能优势，较好的满足了“太阳能与建筑一体化”的要求，对缓解当前建筑能耗问题，具有重大的战略意义，其作为可再生能源在建筑节能方面有效利用的一种新途径，促进了可持续发展的战略的稳步推进。

课题组研制开发出DX-SAHPM热泵机组的实验样机，通过对热物理参数的在线监测，对热泵机组的运行特性进行了全面的分析与研究。

本文对DX-SAHPM 热泵系统供热模式的循环过程进行火用分析，能正确全面的评价各设备的能源利用率，准确的诊断出系统装置的薄弱环节，并能对系统的节能潜力作出判断，为进一步优化系统指明方向。

1 DX-SAHPM 热泵实验系统简介实验系统主要由太阳能集热器、蓄热水箱、室内外换热器、压缩机、毛细管及电磁阀等部件组成，其循环原理如图1所示。

系统通过自动地调节各种电磁阀，实现制冷、供热、制热水三种模式的转换。

供热模式下，太阳能集热器与室外蒸发器并联，共同从外界环境吸收热量，蓄热水箱和室内机串联共同作为冷凝器，满足制取生活热水和室内供暖的需求，由于系统中加入了太阳能集热器，使得系统在供热状态下可以同时吸收来自空气中低品位能和太阳辐射能，有效地提高了系统的制热性能，同时由于提高了压缩机吸气口的压力，改善了压缩机的工作条件。

直膨式太阳能热泵系统的热力性能分析

性，而热力学第二定律则揭示能量转换具“ 质 ”的差异性。基于热力学第二定律分析方法的“有效能”（又称为“可用能”）可以代表能量中“量”和“质”统一部分
２２Ｎｏ．４／２００８总第１２２期第２９卷
专题研讨
制冷空调ＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｗｃｏｍｐ
Ｗｃｏｍｐ
（５）
由定义式（５）及各平衡关系式可得出ＣＯＰ的另一
形式，即：
ＣＯＰ＝Ｗｃｏｍｐ·ηｃｏｍｐ＋Ａｃ［（Ｉ τα）－Ｕ（ＬＴｐ－Ｔａ）］（６）Ｗｃｏｍｐ
２．２热力学第二定律分析指标
２．２．１有效能平衡方程式热力学第一定律揭示了能量转换具有“量”的守恒
５－干燥过滤器６－汽液分离器７－储水箱
该装置的主要部件及其结构参数如下：１）压缩机：小型全封闭活塞式压缩机，其额定功率为４００Ｗ；２）冷凝器：由两种直径不同的无缝钢管和紫铜管套在一起，并弯成螺旋管状，构成的套管式冷凝器，制冷剂在套管空间内冷凝，冷却水在内管中流动，两者呈逆流流动，其结构尺寸中外管直径为 !４３ｍｍ，内管直径为 !９ｍｍ，内管根数为５根，管长为４．９４ｍ；３）太阳能集热器（兼作热泵蒸发器）：自制的裸板式太阳能集热器，即无玻璃盖板且背面不保温，主要由铝片和铜管构成，利用胀管技术扎在一起，在接缝处涂有导热胶，以减小接触热阻，为有效吸收太阳入射辐射，其顶、底两面均匀涂有黑板漆，集热面积为１．８６ｍ２，倾角为３５°；４）节流装置：热力膨胀阀。
早在１９５５年，Ｓｐｏｒｎ等人就提出了直膨式太阳能热泵的概念，他们的实验研究表明了直膨式结构可以同时提高热泵机组和太阳能集热器的性能［１］。此后，以Ｃｈａｔｕｒｖｅｄｉ为首的国外研究者对直膨式太阳能热泵进行了系列的理论研究和实验研究，取得了大量成果。１９８７年Ｃｈａｔｕｒｖｅｄｉ和Ａｂａｚｅｒｉ进行了可调节容量的直膨式太阳能热泵的瞬态模拟，结果表明，在结构上，压缩机和集热器的匹配问题是可以通过调节压缩机的电机频率来解决［２］。１９９４年Ｍｏｒｒｉｓｏｎ对整体式太阳能热泵热水器进行了模拟研究，其系统的特点是冷凝器环绕在水箱外壁，太阳能集热／蒸发器做成水箱的一部分［３］。此外，２００１年Ｈａｗｌａｄｅｒ等人建立了太阳能热泵供热水系统的实验台，在新加坡气候条件下对系统循环进行了性能测试，利用所获得的实验数据为系统匹配和控制优化服务［４］。

直接膨胀式太阳能热泵供热系统试验研究

１０３
维普资讯
煤
炭
工
程
２００７年第１期１
昂（２）Ｒ２。哈尔滨地区四、五月份的太阳辐射量在４０～９
５０Ｊ（・）７Ｍ／ｍ月之间。
管
主
莲
隶
时间（０３０ —４２０ — ４１）
３）蓄热水箱。内径４５ｍ，外径５５９ｍ０ｍｍ，高
１９５ｍ。４ｍ
１实验装置介绍
实验系统示意图如图１所示，实验设备及系统主要由
４）铜管换热器。管外径１ｒ０ｍ，管长１００ｍ。ａ００ｍ５）开关控制系统。压缩机超温和超压保护，水温控
图４太阳能集热器的吸热强度曲线
图５所示为太阳能热泵系统消耗电能与获得热能的对
１一数字测温仪；一压力表；３２一电度表
４，６ＹＲ测温仪；５，７一Ｌ一水银温度计
比曲线，图６所示为蓄热水箱水温随时间的变化曲线。由图５和图６可见随着蓄热水温的升高，热泵的冷凝温度升高，热泵的耗电能增加，而获得的热能却减少，从而引起
本实验针对哈尔滨地区，采用热容法和流量法做了为
图１太阳能热泵供热系统实验原理图
收稿日期：２０００７— ６—１３
期两个月的太阳能热泵供热试验测量，热泵工质选用氟利
作者简介：王怀彬（９３一）１５，男，教授，博士生导师，现在哈尔滨工业大学从事燃烧、新能源利用和节能技术的研究以及工程应用方面的研究。

直膨式太阳能热泵系统性能分析与优化

直膨式太阳能热泵系统性能分析与优化摘要：本文介绍了直膨式太阳能热泵系统的工作原理，针对该系统建立仿真模型，并从太阳辐射强度、环境温度、集热面积、压缩机转速等角度对其热工性能进行了分析，提出了一般性的优化设计、匹配运行的意见。

关键词：太阳能热泵;直接膨胀式;性能系数.Analysis and Optimiazation of the Direct-Expansion Solar-Assisted Heat Pump (DX-SAHP) SystemAbstract:This article introduces the working principles of the DX-SAHP system and sets up a simulation model for it. It analyzes the thermal performance of the system from the points of solar radiation intensity, environment temperature, collector area and rotational speed of compressor. Optimiazation suggestions are also proposed.key words: solar heat pump; direct –expansion; performance coefficient.0 引言众所周知，热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置。

热泵虽然消耗了一定的高位能，但它所供给的热量却是所消耗的高位能和吸取的低位能之和。

故采用热泵可以节约高位能，特别是在冬季供暖的场所尤其显得经济。

把热泵技术和太阳能热利用技术有机地结合起来，组成太阳能热泵供热系统，不仅能够有效地克服太阳能稀薄性和间歇性的弱点，还能节约高位能和减少环境污染，具有较大的开发应用潜力。

R290直膨式太阳能热泵热水系统性能模拟研究的开题报告

R290直膨式太阳能热泵热水系统性能模拟研究的开题报告一、研究背景和意义随着能源的日益短缺和环境污染的日益加剧，太阳能热水器和热泵等新型能源在热水领域中的应用备受瞩目。

太阳能热水器和热泵的结合使得能量的利用更加高效，可持续，稳定和可靠。

为此，我们选择了一种R290直膨式太阳能热泵热水系统，对其进行性能模拟研究。

二、研究目标和内容研究目标是基于R290直膨式太阳能热泵热水系统建立数学模型，并通过仿真软件模拟该系统在不同气候条件下的性能表现，分析其供热效果与能源利用效率。

具体研究内容包括：1.建立R290直膨式太阳能热泵热水系统的数学模型。

2.分析该系统在不同气候条件下的性能表现。

3.比较该系统在不同时间段内的能效表现。

4.分析该系统的优缺点，提出改进建议。

三、研究方法1.通过文献资料和实验，对系统的各个组成部分进行分析与了解。

2.建立该系统的性能模型，模拟该系统在不同气候条件下的工作性能。

3.通过仿真软件对该系统进行模拟，得到系统的性能参数，如COP、能量收集效率、能量传递效率等。

4.对模拟结果进行分析，比较该系统的能效表现，评估其工程应用价值。

四、研究预期成果1.能够建立R290直膨式太阳能热泵热水系统的数学模型。

2.能够用仿真软件模拟该系统在不同气候条件下的性能表现。

3.能够分析比较该系统模拟结果的优缺点，提出相关的改进建议。

4.能够为该系统在实际应用中的使用提供参考依据。

五、研究进度安排1.前期调研阶段（1-2周）：查阅有关太阳能热水器和热泵的相关文献资料，了解国内外现有的研究进展，确定研究目标和内容。

2.建模及仿真阶段（3-5周）：基于前期调研结果，建立R290直膨式太阳能热泵热水系统的数学模型，并通过仿真软件模拟系统在不同气候条件下的性能表现。

3.结果分析与总结阶段（1-2周）：对模拟结果进行分析，得出结论，总结研究成果，撰写论文。

太阳能供热系统的模拟分析及优化设计

太阳能供热系统的模拟分析及优化设计近年来，随着全球环境保护意识的提高，太阳能作为一种清洁、可再生的能源逐渐受到广泛关注。

太阳能供热系统是太阳能利用的主要方式之一，其应用范围涵盖住宅、商业、公共建筑等领域。

本文将对太阳能供热系统进行模拟分析，并提出优化设计。

一、太阳能供热系统的组成太阳能供热系统主要由太阳能集热器、热水储存罐、管道系统和控制系统等组成。

1.太阳能集热器太阳能集热器是太阳能供热系统的核心组件，其作用是将太阳能转化为热能。

太阳能集热器有平板式、真空管式、膜式等多种类型，其中真空管式太阳能集热器具有较高的效率和可靠性。

2.热水储存罐热水储存罐用于储存太阳能转化成的热能，保证夜间或阴雨天气也能正常供暖。

热水储存罐的容量根据使用需求进行选择。

3.管道系统管道系统负责太阳能采集和热水分配，应满足供热需求的同时要注重节能。

管道的材料和布局需要考虑热损失、防冻、耐腐蚀等因素。

4.控制系统控制系统主要负责太阳能集热器的开关与转移和热水的分配。

通过温度、压力等传感器对系统进行监控，自动调节水泵和阀门的工作状态。

二、太阳能供热系统的模拟分析为了对太阳能供热系统进行系统化和合理化的设计，需要通过模拟分析来了解系统的热性能、操作模式和自然条件等因素。

1.建立模型建立太阳能供热系统的仿真模型，包括真空管太阳能集热器、热水储存罐、管道系统和建筑群。

2.制定实验计划制定实验计划，通过对不同时间段、气候条件以及系统使用情况的模拟，获得太阳能供热系统在不同条件下的热能产生和供暖效果。

3.模拟分析根据模拟分析结果，分析太阳能供热系统在不同气候和使用条件下的热性能，包括热水温度、供暖温度、能量损失等。

通过模拟分析，得出系统的优化方案。

三、太阳能供热系统的优化设计1.太阳能集热器的优化太阳能集热器是太阳能供热系统的核心组件，其效率和耐用性对系统的热效率和运行成本有着重要的影响。

可以通过对集热器的遮阳、保温、质量等方面进行优化，提高集热器的转化效率，降低系统的运行成本。

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