太陽能熱源塔熱泵系統(tǒng)的應用基礎研究

【摘要】：空氣源熱泵和地源熱泵已經在市場上廣泛使用,然而對于它們本身固有的問題,如空氣源熱泵的冬季結霜、地源熱泵初投資過高等,還有待進一步研究解決。太陽能輔助熱泵較空氣源熱泵有更高的蒸發(fā)溫度,近幾年表現出較好的發(fā)展前景,但只有增加蓄熱裝置后才能全天使用。熱源塔熱泵在冬季利用冷卻塔從空氣中反向吸熱,但實際運行中存在蒸發(fā)溫度較低等問題。基于以上的分析,本文提出了新型太陽能熱源塔熱泵系統(tǒng)。 載熱流體的選擇是新型太陽能熱源塔熱泵系統(tǒng)的核心問題。本文對四種載熱流體乙二醇水溶液、乙醇水溶液、丙三醇水溶液和碳酸丙烯脂水溶液進行了對比研究,在給定混合比例的條件下,實驗得出其冰點、密度、比熱容、黏度、腐蝕性和揮發(fā)性這六個方面的物性。給出了沿程損失的計算模型,通過分析黏度值和密度對載熱流體的沿程損失大小的影響,得出結論:在較小質量流量下,可忽略黏度值和密度對泵功影響這一因素作為載熱流體的選擇標準。因碳酸丙烯酯水溶液冰點為-6.7℃,故在南方有應用空間,其他三種載熱流體可嘗試應用到天津地區(qū)的新型熱泵系統(tǒng)中。 為了掌握不同載熱流體在太陽能集熱器中的性能,根據國標GBT17581-2007和ISO9801標準,建立了太陽能集熱器低溫集熱性能測試實驗系統(tǒng)。實驗結果給出了不同載熱流體(乙二醇水溶液、乙醇水溶液和丙三醇水溶液)、輻射量變化(450-800W/m~2)和集熱器進口溫度的變化(-12℃、-9℃和-5℃)對集熱器吸熱量以及瞬時集熱效率的影響。集熱器的集熱性能隨著載熱流體的改變而變化。在輻射量一定的條件下,乙二醇水溶液和丙三醇水溶液在集熱器內的瞬時效率和吸熱量,隨著集熱器進口溫度的降低而降低,而乙醇水溶液則隨著集熱器進口溫度的升高而升高。輻射量在550-700W/m~2之間,集熱器吸熱量的變化率較大,在700-800 W/m~2之間,吸熱量變化程度受輻射量的影響次之,而在450-550 W/m2之間,輻射量對吸熱量變化的影響程度最小。 結合既有熱泵系統(tǒng),在供熱量為4kW,集熱器進口溫度分別為-12℃、-9℃和-5℃的條件下,計算得到集熱器提供的熱量分別應為1.11kW、1.13kW和1.17kW,所匹配的合適的集熱器面積分別為乙醇水溶液5.88m~2、丙三醇水溶液6.78 m~2、乙二醇水溶液6.97 m~2。 綜合四種載熱流體的物性和集熱性能,得出結論:在天津地區(qū),丙三醇水溶液被建議作為載熱流體應用于新型太陽能熱源塔熱泵系統(tǒng)中。 【關鍵詞】：熱泵 載熱流體 集熱器 集熱性能 熱源塔
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK51
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 熱泵的研究發(fā)展現狀8-12
• 1.1.1 空氣源熱泵技術發(fā)展現狀8-10
• 1.1.2 地源熱泵技術發(fā)展現狀10-11
• 1.1.3 太陽能輔助熱泵技術發(fā)展現狀11-12
• 1.2 課題的引出12-13
• 1.3 本文研究內容13-14
• 第二章 載熱流體的選擇14-25
• 2.1 冰點15-16
• 2.2 黏度與密度16-21
• 2.2.1 黏度的測量16-18
• 2.2.2 密度的測量18
• 2.2.3 黏度和密度對管路壓力損失的影響18-21
• 2.3 比熱容21-23
• 2.4 腐蝕性和揮發(fā)性23
• 2.5 本章小結23-25
• 第三章 真空管集熱器集熱性能實驗25-45
• 3.1 真空管集熱器集熱性能理論基礎25-29
• 3.1.1 集熱器的工作原理25-26
• 3.1.2 集熱器的集熱性能分析26-29
• 3.2 真空管集熱器集熱性能實驗系統(tǒng)介紹29-32
• 3.3 真空管集熱器實驗數據分析32-41
• 3.3.1 水的數據分析33-34
• 3.3.2 乙二醇水溶液的數據分析34-36
• 3.3.3 乙醇水溶液的數據分析36-37
• 3.3.4 丙三醇水溶液的數據分析37-39
• 3.3.5 三者的比較39-40
• 3.3.6 碳酸丙烯脂水溶液的數據分析40-41
• 3.4 誤差分析41-44
• 3.5 本章小結44-45
• 第四章 集熱器面積的確定45-55
• 4.1 新型太陽能熱源塔熱泵系統(tǒng)介紹45-47
• 4.2 新型太陽能熱源塔熱泵系統(tǒng)理論分析47-48
• 4.3 真空管集熱器面積的確定48-54
• 4.4 本章小結54-55
• 第五章 結論與建議55-57
• 5.1 結論55-56
• 5.2 建議56-57
• 5.2.1 對實驗的建議56
• 5.2.2 對數據分析的建議56-57
• 參考文獻57-60
• 主要符號表60-62
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明62-63
• 致謝63

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