R134a直膨式太阳能热泵系统性能模拟与实验研究

【摘要】：随着化石燃料的减少以及环境污染的加剧,节能减排已成为当今世界能源领域的重要任务。直膨式太阳能热泵技术作为一种新型的能源利用技术,集成了太阳能集热和热泵集热的技术特点,具有较大的节能优势。本论文对采用R134a的直膨式太阳能热泵系统进行了数值模拟和实验研究,对不同参数下系统的热力性能进行了分析,主要内容如下:建立了满足精度要求的R134a热力学特性及迁移特性计算模型。分别运用分布参数法与集中参数法建立了太阳能集热/蒸发器、微通道冷凝器、电子膨胀阀和压缩机的数学模型。利用Visual C++编制了采用R134a的直膨式太阳能热泵系统仿真模拟程序。利用仿真模拟程序分析了不同结构参数(集热器集热面积、蓄热水箱容积)、环境参数(环境温度、太阳辐射强度、室外风速)和运行参数(水箱水初温、水箱水终温、制冷剂充注量、压缩机转速)对系统热力性能的影响,同时对制冷剂R134a在系统各部件中的分布和迁移特性进行了研究。根据编制的系统仿真模型,设计了系统各主要部件的结构尺寸,并搭建了R134a直膨式太阳能热泵系统实验平台,构建了系统的实验数据采集及控制系统,编写了系统的数据采集与控制程序,实现了对各测量参数的监控、采集与保存,实现了对电子膨胀阀开度及压缩机开关的自动控制。将实验数据与模拟数据进行对比,结果表明在不同工况下,模拟值相对于实验值的误差均不超过10%,验证了仿真模拟程序的准确性。在平均太阳辐射强度730W/m2、平均环境温度31℃和平均室外风速0.7m/s的情况下,系统平均热水得热量Qw为1.75kW,平均性能系数COP为5.42,平均集热效率η为116%。对不同环境温度、太阳辐射强度下系统性能的变化情况进行了实验分析,实验结果和模拟数据的趋势一致。同时,对系统的过热度及制冷剂充注量进行了研究,结果表明,随着过热度及制冷剂充注量的升高,系统性能系数均出现先上升后下降的趋势;系统的过热度应尽可能维持在5～10℃;系统的最佳充注量为800g,最小充注量为500g。