中国太阳能网 - 中国太阳能网,太阳能行业门户网站 !

商业资讯: 国内动态 | 国际动态 | 新品·专利 | 市场观察 | 企业动态 | 技术交流 | 太阳能建筑 | 访谈 | 热水工程 | 科普知识

你现在的位置: 首页 > 商业资讯 > 太阳能知识 > 地源热泵系统各部件性能

地源热泵系统各部件性能

信息来源:nooeoo.com  时间:2008-02-15  浏览次数:185

  1地源热泵机组
  1.1蒸发器特性
  在蒸发器中,有如下关系:
  式中:Qe——蒸发器吸热量,kJ;
  Gw,e——冷却介质质量流量,kg/s;
  cp,w——冷却介质比热,kJ/kg?℃;
  twe,i——冷却介质进口温度,℃;
  twe,o——冷却介质出口温度,℃;
  qe——制冷工质单位质量吸热量,kJ/kg;
  Gr——制冷工质质量流量,kg/s;
  Ke——蒸发器传热系数,kW/m2?℃;
  Δte——蒸发器对数传热平均温差,℃;
  Fe——蒸发器面积,m2。
  1.2冷凝器特性
  在冷凝器中,有如下关系:
  式中:Qc——冷凝器放热量,kJ;
  Gw,c——冷冻介质质量流量,kg/s;
  cp,w——冷冻介质比热,kJ/kg?℃;
  twc,i——冷冻介质进口温度,℃;
  twc,o——冷冻介质出口温度,℃;
  qc——制冷工质单位质量放热量,kJ/kg;
  Ke——蒸发器传热系数,kW/m2?℃;
  Δte——蒸发器对数传热平均温差,℃;
  Fe——蒸发器面积,m2。
  1.3热泵机组输入功率
  式中:w——制冷工质单位质量耗功量,kJ/kg。
  2太阳能集热器
  全玻璃真空管太阳能集热器的能量平衡方程式为:
  式中:M——闷晒水量,kg;
  Cp——水的平均定压比热,J/(kg?℃);
  T1——水的初始温度,℃;
  T2——水的终止温度,℃;
  T-m——集热器内水的平均温度,℃;
  Tα——周围空气的平均温度,℃;
  τ——玻璃管的太阳透射比;
  α——吸收涂层的太阳吸收比;
  I——一天内照射在单位面积上的辐射能,J/㎡;
  Aα——集热器采光面积,㎡;(Aα=1.43Al)[5]
  UL——(T1-T2)范围内平均热损系数,W/(m2·℃);
  Δt——累积辐照时间,h;
  AL——吸热体表面积,m2。(内管表面积)
  根据相关样本和资料[4]~[6],玻璃真空集热管的有关参数为:τ=0.90,α=0.92,Aα=0.249m2,AL=0.174m2,经计算水温在20~80℃之间时UL=0.6~0.7W/(m2·℃)之间。
  太阳能集热器的瞬时效率公式为:
  3蓄热水箱
  根据热力学第一定律,在Δτ时间段内,集热流体传给蓄热水箱的热量一部分用于提高水温,另一部分则通过水箱结构散失到环境中。根据能量平衡关系,蓄热水箱的热平衡方程为:
  式中:m1——集热流体的质量流量,kg/s;
  c1——集热流体的比热容,J/kg·℃;
  Ts,i——蓄热水箱进口流体温度,℃;
  Ts,o——蓄热水箱出口流体温度,℃;
  Mww——蓄热水箱内水的质量,kg;
  cW——蓄热水箱内水的比热容,J/kg·℃;
  ΔTw,n——Δt时间内水的温升,℃;
  Kw——蓄热水箱的热损系数,W/m2·℃;
  Aw——蓄热水箱的散热面积,m2;
  Tw,n——蓄热水箱的平均温度,℃。
  4太阳能辅助地源热泵系统性能研究
  4.1地下埋管进出口水温对系统循环性能的影响
  热泵机组制热性能系数用COPh来表示,考虑水泵耗电,用COPh'来表示热泵系统制热系数。其不仅与蒸发温度和冷凝温度有关,还间接的受埋地盘管进出口水温的影响,正是冷却水和冷冻水温度最终影响着蒸发温度和冷凝温度,使得制热系数随之发生变化。通过公式(1)、(2)、(3)和图2.1由EES(EngineeringEquationSolver)软件模拟计算得出它们之间的关系。由图4.1、4.2分析可得:
  ①随着埋地盘管进口水温的升高,即蒸发器出口水温升高,COPh、COPh'均呈下降趋势;随埋地盘管出口温度升高,COPh、COPh'呈上升趋势。
  ②随着地下埋管出口水温越高,蒸发器进、出口水温差越大,蒸发温度升高,此时的换热器换热量
  增大。
  图4.1进口水温和coph、coph'的关系
  图4.2出口水温和coph、coph'的关系
  可见,当太阳能辅助设施加在地下埋管出口侧可以提高埋管出口的水温,加大进、出口水温差,进而提高蒸发温度,使系统的热力循环性能系数提高。
  4.2有、无蓄热对太阳能辅助地源热泵系统性能的影响
  通过公式(4)、(5)计算,可分别得出有、无蓄热时太阳能集热器的有效集热量和瞬时集热效率,计算时,假定无蓄热时,流入集热器的水温为原始水温。两种工况比较见图4.3、4.4所示
  4.3集热器集热量随时间的变化规律图
  4.3集热器集热量随时间的变化规律图
  4.4有、无蓄热时集热效率随时间的变化规律
  4.4有、无蓄热时集热效率随时间的变化规律
  从图4.3、4.4可以看出,蓄热装置对集热器集热量影响并不是很大,这是因为集热器的耗损系数随着集热温度的升高变化的幅度不是很大[5]。但是,无蓄热的情况下集热器的集热效率较有蓄热时高,这是因为集热器的效率随着进口温度的降低而增大。很显然,无蓄热时,集热器进口流体温度较低,所以集热效率较高;对于有蓄热情况下,随着水箱温度的逐渐升高,集热器进口流体温度也逐渐升高,所以有蓄热时,随着时间的推移,集热效率逐渐降低。
  根据某天气温变化情况和上述公式计算得出,地源热泵系统单独运行、太阳能辅助地源热泵运行时有蓄热和无蓄热三种情况下机组cop的比较。见图4.5所示:
  图4.5三种情况下热泵机组cop变化情况图
  从上图4.5中可以看出,三种情况下,地源热泵系统单独运行时机组的cop最低;当太阳能辅助地源热泵运行时,就日间而言,无蓄热时热泵机组的性能系数要高于有蓄热时,这是因为日间收集到的太阳能富裕比较多,而土壤的传热比水要慢,导致日间热泵平均进口温度较高,而有蓄热时则将大部分富裕太阳能储存于水箱中,热泵进口流体温度相对要低。对于在夜间,有蓄热时机组的cop稍高于无蓄热,这是因为与土壤相比,蓄热水箱的蓄放热特性要好,传热速度较快,而土壤虽也有储能特性,但其热容较大,蓄放热速度较慢,短期效果不明显。就总体效果来看,有蓄热要优于无蓄热,这主要是因为增加蓄热水箱后,能更好地将日间富裕的太阳能储存起来以供夜间使用,热泵昼夜运行性能较稳定。而且,可以将蓄热装置储存的富裕太阳能用于阴天或温度较低的天气,使地源热泵长期运行性能稳定。
  5结论
  5.1随着埋地盘管进口水温的升高,即蒸发器出口水温升高,COPh、COPh'均呈下降趋势;随埋地盘管出口温度升高,COPh、COPh'呈上升趋势。
  5.2随着地下埋管出口水温越高,蒸发器进、出口水温差越大,蒸发温度升高,此时的换热量增大。
  5.3无蓄热时太阳能集热器的集热效率高于有蓄热时的集热效率。
  5.4就总体效果来看,有蓄热装置要优于无蓄热,这样可使地源热泵系统运行性能更加稳定。

    ——本信息真实性未经中国太阳能网证实,仅供您参考