【文章內(nèi)容簡介】 平板和蓄熱水箱構(gòu)成，空氣源熱泵子系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流毛細(xì)管構(gòu)成。該新型空氣熱泵輔助供熱太陽能熱水系統(tǒng)可分別按單一太陽能熱水系統(tǒng)、單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)模式及空氣源熱泵輔助供熱太陽能熱水系統(tǒng)模式運行。(1) 單一太陽能熱水系統(tǒng)運行模式 當(dāng)太陽輻射良好，日照充足時，僅運行太陽能熱水系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)關(guān)閉。由太陽能循環(huán)系統(tǒng)對水箱內(nèi)水進(jìn)行自然循環(huán)加熱，空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)以常規(guī)太陽能熱水器模式運行。(2) 單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)運行模式 陰雨天或夜晚，無太陽輻射時，太陽能熱水系統(tǒng)停止運行，此時開啟空氣源熱泵，由熱泵循環(huán)系統(tǒng)對水箱內(nèi)水進(jìn)行加熱，空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)以常規(guī)空氣源熱泵熱水器模式運行。(3)空氣源熱泵輔助供熱太陽能熱水系統(tǒng)運行模式當(dāng)太陽輻射較差，日照不足時，僅利用太陽能循環(huán)系統(tǒng)對水箱內(nèi)水加熱不能達(dá)到熱用戶需求，此時在日間運行太陽能熱水系統(tǒng)，傍晚開啟空氣源熱泵，由空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)一步加熱水箱中水，直至達(dá)到熱用戶需求。第三章 新型空氣源熱泵輔助供熱太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建3．1新型空氣源熱泵輔助加熱太陽能供熱系統(tǒng)實驗樣機(jī)設(shè)計 太陽能熱水子系統(tǒng):新型空氣源熱泵輔助加熱太陽能供熱系統(tǒng)實驗樣機(jī)在青島大學(xué)于2012年12月在實驗樓樓頂完成安裝與調(diào)試 新型空氣源熱泵輔助加熱太陽能供熱系統(tǒng)實物圖第四章 新型空氣源熱泵輔助加熱太陽能供熱系統(tǒng)實驗研究 系統(tǒng)熱力性能測試方法(l)水箱充水:打開供水管閥門將蓄熱水箱注滿(打開進(jìn)水管,同時打開熱水出水管,直至出水管有水流出,說明水箱已充滿水)。(2)啟動計算機(jī)自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)存儲間隔時間設(shè)為5 mins(3)當(dāng)太陽輻射較好時,9:30開始運行太陽能集熱器單獨供熱水模式。熱泵機(jī)組處于關(guān)閉狀態(tài),16:30停止測試,輸出采集儀內(nèi)存儲數(shù)據(jù)。此時開啟熱水出水水管閥門,同時開啟進(jìn)水水管閥門對水箱進(jìn)行補水,直至水溫達(dá)到境溫度。(4)17:00開始運行空氣源熱單獨供熱水模式,17:00啟動壓縮機(jī),同時啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,每隔5min記錄系統(tǒng)所需測試溫度及電率表的起始讀數(shù)。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時,壓縮機(jī)停止運轉(zhuǎn),記錄下電功率表的終止讀數(shù),輸出采集儀內(nèi)存儲數(shù)據(jù),關(guān)閉計算機(jī)自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。(5)當(dāng)太陽輻射較差,日照時間較短時,運行空氣源熱泵輔助供熱太陽能集熱系統(tǒng)。9:30啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對太陽能集熱系統(tǒng)所需測試參數(shù)進(jìn)行采集,此時熱泵機(jī)組停止運行。運行至17:00時水箱溫度未達(dá)到設(shè)定溫度,啟動壓縮機(jī),通過熱泵繼續(xù)加熱蓄熱水箱中的熱水。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時,壓縮機(jī)停止運轉(zhuǎn),記錄下電功率表的終止讀數(shù),輸出采集儀內(nèi)存儲數(shù)據(jù),關(guān)閉計算機(jī)自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此時開啟熱水出水管閥門,同時開啟進(jìn)水水管閥門對水箱進(jìn)行補水,直至水溫達(dá)到環(huán)境溫度。 測試參數(shù)為測試分析系統(tǒng)的熱力性能及運行特性,測試參數(shù)包括:(1)室外溫度ta(℃)。(2)太陽能集熱器進(jìn)口、出口溫度tin(℃)和tout(℃)。(3)水箱上部、中部溫度t1(℃)和t2(℃)。(4)壓縮機(jī)進(jìn)氣口、氣口溫度tpin(℃)和tpout(℃)(5)冷凝器進(jìn)口、出口溫度t0in(℃)和t0out(℃)。(6)蒸發(fā)器進(jìn)口、出口溫度tkin(℃)和tkout(℃)。(7)太陽能輻射量I（W/m2）(8)壓縮機(jī)耗功量Wp(KJ)在測試期間9:00一17:00采用單一太陽能制熱水模式,若蓄熱水箱終溫小于45℃,則17:00之后采取開啟空氣源熱泵進(jìn)行輔助供熱。實驗中所測得的數(shù)據(jù)包括:環(huán)境溫度!水箱中部水溫、水箱出口水溫、集熱器進(jìn)水、出水口溫度、壓縮機(jī)進(jìn)氣、出氣口溫度、蒸發(fā)器進(jìn)、出口溫度、冷凝器進(jìn)、出口溫度、輻射強(qiáng)度。在此運行模式下,以太陽能集熱模式下獲得的蓄熱水箱終溫作為空氣源熱泵輔助加熱時初始水溫。由于整個測試期間,天氣狀況良好,所以其中只有三天采取此種模式進(jìn)行制熱水。(l)系統(tǒng)室外環(huán)境溫度、蓄熱水箱溫度、集熱效率分析、蓄熱水箱溫度和集熱效率的變化趨勢。由圖可知:測試期間環(huán)境溫度變化較為平緩,℃。由于測試期為多云天氣,太陽輻射強(qiáng)度較低,所以水箱溫升較為緩慢,加熱到17:00時,℃。17:00一17:25采用空氣源熱泵進(jìn)行加熱,水箱溫升曲線升高較快,17:25時,℃集熱效率在10:%。、蓄熱水箱溫度和集熱效率的變化趨勢(3) 系統(tǒng)空氣源熱泵系統(tǒng)制熱量、耗電量、性能系數(shù)分析!耗電量及COP的變化趨勢。由圖可知:系統(tǒng)在25分鐘內(nèi)把先前已經(jīng)預(yù)熱的水加熱至用戶需求。系統(tǒng)耗功量隨時間變化不大,系統(tǒng)供熱量和COP值隨時間變化較大,并且COP值隨供熱量的變化而變化。、耗電量及COP的變化趨勢 本章小結(jié)對自行研制的新型空氣源熱泵輔助供熱太陽能熱水系統(tǒng)在青島地區(qū)氣候條件下進(jìn)行了實驗研究。在空氣源熱泵輔助供熱太陽能熱水系統(tǒng)運行模式下,實驗結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的單一太陽能或者單一的空氣源熱泵相比該設(shè)備能在較短時間內(nèi)即可把熱水加熱,耗時較短。第五章 空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)性能數(shù)值計算 新型空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)熱力模型入射在集熱器表面上的太陽輻射能,一部分被吸熱板吸收變成有用的能量,用來提高空氣溫度,另一部分變成損失。在穩(wěn)態(tài)運行時,平板集熱器有效利用的能量為:在建立熱泵循環(huán)模型之前,首先需要了解系統(tǒng)中各設(shè)備功和熱量的變化情況,然后再對循環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析和計算。當(dāng)完成一個供熱循環(huán)時,在壓縮機(jī)中,外界對制冷劑作功,而熱量的傳遞情況則因設(shè)備而異,在冷凝盤管中熱量由制冷劑傳給生活用水,在蒸發(fā)器中熱量由室外空氣傳給制冷劑。冷凝盤管中單位時間內(nèi)由制冷劑傳遞給水的熱量稱為循環(huán)的供熱量,用符號QK表示。壓縮機(jī)中由壓縮制冷劑所消耗的功率用符號P0表示,它是保持系統(tǒng)循環(huán)運行所付出的代價。這兩者的比值。根據(jù)熱力學(xué)第一定律, 如果忽略位能和動能的變化,系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)定流動的能量方程可表示為:第六章 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)效益分析假設(shè)宿舍樓有十層，共10000平方米，實際可安放太陽能即熱板面積為500平方米。每人需占用十平米，則有一千人。每人每天用水50L，則學(xué)校每天需用水50噸。假設(shè)把水從10℃加熱到40℃，則需要加熱50噸水，每天需要熱量Q=cmΔt=4187J/KgK50t 30K=109J 。一年365天，按學(xué)生在校265天計算，太陽能與熱泵組合供熱 2652/3=165天，熱泵供熱 2651/3=100天。太陽能集熱輔以空氣源熱泵系統(tǒng)設(shè)備和鍋爐的運行年限為15年。不同加熱設(shè)備的運行費用比較1. 太陽能與熱泵組合供熱費用 165天中，每天18小時用熱泵供熱，6小時用太陽能供熱。研究表明，太陽能熱水系統(tǒng)在冬季晴好的天氣下，每日可提供2t左右的35~45℃熱水；在春季晴間多云天氣下，每日最多可提供50~60℃熱水7t。根據(jù)晴間多云天氣下的測試結(jié)果，每140m2太陽能熱水系統(tǒng)每日平均節(jié)省加熱用電量310KWh/d。每日所需水費：50m3太陽能集熱板每日產(chǎn)生熱量：310KWh500m2/140m2 =109J需要集熱板臺數(shù)：500m2/（2m1m）=250臺（1000元每臺）空氣源熱泵每日所需產(chǎn)生熱量：（）109J每臺熱泵每臺需要產(chǎn)生熱量：2000W18h=108J所需熱泵臺數(shù)：（）109J/（108J）=17臺（10000元每臺）每日需要電費：2KW18hh=490元/d熱泵單獨供熱100天中，熱泵每天24h供熱。共需要熱泵臺數(shù)：109J/（2000W24h)=36臺每日所需電費：2KW24h36h=1400元固定資本：2501000+3610000=61萬元變動資本為165d490元/d+100d1400元/d+265d125元/d+=2. 燃煤鍋爐供熱費用，一萬元每臺。按每平方米2000元計算，建設(shè)100m2鍋爐房需要20萬元。每日燃煤量：109J/29310kJ/Kg=標(biāo)準(zhǔn)煤煤價：800元/t=故每日所需燃煤費:=172元每天付給員工費用：100元/人2人=200元（員工附加費一萬元每年）除煙+維修+煤渣處理：平均每年3萬元固定資本：20+1=21萬元變動資本：200+125+