直膨式太阳能热泵热水器系统的性能分析与优化设计.doc

直膨式太阳能热泵热水器系统的性能分析与优化设计 Abstract：In this study, a direct expansion solar-assisted heat pump water heater (DX-SAHPWH) with rated input power 750W was tested and analyzed. Through experimental research in spring and thermodynamics analysis about the system performance, some suggestions for the system optimization are proposed. Then, a small-type DX-SAHPWH with rated input power 400W was built, tested and analyzed. Through exergy analysis for each component of DX-SAHPWH (A) and (B), it can be seen that the highest exergy loss occurs in the compressor and collector/evaporator, followed by the condenser and expansion valve, respectively. Furthermore, some methods are suggested to improve the performance of each component, especially the collector/evaporator. A methodology for the design optimization of the collector/evaporator was introduced and applied. In order to maintain a proper matching between the heat pumping capacity of the compressor and the evaporative capacity of the collector/evaporator under widely varying ambient conditions, the electronic expansion valve and variable frequency compressor are suggested to be utilized for the DX-SAHPWH. r 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved. 摘要：在这项研究中，我们对额定输入功率为750W的“直膨式太阳能热泵热水器”系统进行了测试和分析，通过在春季运行工况下的实验研究和系统性能的热力学分析，对于系统的优化设计我们提出了一些合理化建议。根据分析结果，研制了额定输入功率为400W的小型化“直膨式太阳能热泵热水器”系统并加以试验验证和分析。我们把以上两个系统分别命名为A和B，通过对比分析发现，两套系统各主要部件的火用损失以压缩机和集热/蒸发器为最大，然后依次是冷凝器和热力膨胀阀。此外，我们还对提高各部件性能尤其是集热器和蒸发器的性能提出了一些方法和建议。为了保持压缩机量和集热/蒸发器的蒸发量之间的合理匹配 2006Elsevier Ltd公司保留专利所有权。 关键词: 热泵；热水器；性能系数；太阳能集热效率；火用。 1.引言： 太阳能是一种免费可再生能源，它像是空气热源的热泵。为了提高热泵的COP，来自世界各地的研究人员已经提出了把热泵系统与太阳能应用系统相结合的观点。所谓直膨式太阳能热泵，就是把集热器和蒸发器组合成一个单元（集热/蒸发器），在热泵循环系统中,制冷剂被入射的太阳能（和/或周围空气的能量）蒸发吸收。直膨式太阳能热泵系统与传统的太阳能热泵系统相比有很多优势，如优越的热力性能，较低的系统制造成本和集热/蒸发器较长的使用寿命。 据估计，在中国太阳能热水器每年的销售额约达100亿元人民币。另据报道，在2000年中国约有500万家庭安装了太阳能热水器，并且它的发展速度越来越快。与传统的热泵热水器相比，直膨式太阳能热泵热水器凭借其优势将在中国有一个巨大的潜在市场。 直膨式太阳能热泵系统的概念是由Sporn和Ambrose在西弗吉尼亚州领域的审查文件表示 几何参数 符号 Ac 太阳能集热/蒸发器面积，m2 集热/蒸发器的吸 CO