光伏—太陽能熱泵系統(tǒng)及多功能熱泵系統(tǒng)的綜合性能研究

【摘要】：地球上化石能源的儲量是有限的，而人類發(fā)展對能源的需求是無限的。探索可再生能源的利用方法和提高現(xiàn)有能源的利用效率，是解決人類發(fā)展過程中能源和環(huán)境兩個根本問題的主要途徑。本文以太陽能光電／光熱綜合利用和熱泵多功能性開發(fā)利用為出發(fā)點(diǎn)，分別研究了光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)(PV-SAHP)和多功能熱泵系統(tǒng)(MDHP)。PV-SAHP系統(tǒng)把熱泵循環(huán)應(yīng)用于太陽能光電／光熱綜合利用中，是一種高效的主動式太陽能利用方式。MDHP系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對熱泵循環(huán)蒸發(fā)冷量和冷凝熱量的綜合利用，具有很高的能源利用效率，同時還可以減少夏季空調(diào)熱污染。 光伏-太陽能熱泵(PV-SAHP)系統(tǒng)通過熱泵循環(huán)，提高、穩(wěn)定了太陽能光熱轉(zhuǎn)換的輸出溫度，同時維持光電轉(zhuǎn)換在較低工作溫度下進(jìn)行，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面，PV-SAHP系統(tǒng)熱泵循環(huán)的的蒸發(fā)過程在太陽直接輻照條件下完成，使得熱泵循環(huán)的性能系數(shù)COP明顯提高，也減少了熱泵冬季供暖時常出現(xiàn)的運(yùn)行不穩(wěn)定和結(jié)霜等缺憾。 本文采用特殊的真空層壓工藝，把光伏電池和蒸發(fā)器板結(jié)合成一體，制作了PV-SAHP系統(tǒng)的關(guān)鍵部件-光伏蒸發(fā)器。光伏蒸發(fā)器的光伏電池和蒸發(fā)器板之間具有電絕緣和熱良導(dǎo)體的特性，可以實(shí)現(xiàn)對太陽能的分波段、光電／光熱綜合應(yīng)用。以PV-SAHP系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)模型，本文進(jìn)行了輻照強(qiáng)度、冷凝水溫、壓縮機(jī)頻率、玻璃蓋板等多種參數(shù)對PV-SAHP系統(tǒng)性能的影響和優(yōu)化研究。文中還專門建立了光伏蒸發(fā)器的分布參數(shù)模型，對輻照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、蒸發(fā)管長度、管間距、進(jìn)口干度等參數(shù)對蒸發(fā)器性能的影響進(jìn)行了研究。 多功能熱泵系統(tǒng)(MDHP)是根據(jù)目前的家用熱泵現(xiàn)狀所提出的一種新型熱泵綜合利用方式。在夏季，MDHP系統(tǒng)可以利用熱泵蒸發(fā)器進(jìn)行空調(diào)制冷，同時利用同一熱泵循環(huán)的冷凝器來制取生活熱水，低溫水源吸熱改善了冷凝器的散熱，使得MDHP系統(tǒng)的制冷效率得到提高。由于MDHP系統(tǒng)的冷凝熱不直接排向大氣，夏季城市環(huán)境熱污染得以減少。在其他季節(jié)，可以利用MDHP系統(tǒng)的單獨(dú)制熱水模式來制取生活熱水，普及了高效熱泵熱水器的使用范圍，提高了熱泵設(shè)備的利用效率。 【關(guān)鍵詞】：光電轉(zhuǎn)換 光熱轉(zhuǎn)換 熱泵循環(huán) 綜合利用 多功能
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TK513
【目錄】：

• 目錄3-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 我國的能源概況及發(fā)展趨勢11-13
• 1.1.1 能源儲量不足11
• 1.1.2 消耗快速增長11-12
• 1.1.3 環(huán)境持續(xù)惡化12-13
• 1.2 光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)(PV-SAHP)13-19
• 1.2.1 廣泛應(yīng)用的太陽能光熱轉(zhuǎn)換13-14
• 1.2.2 研究發(fā)展中的太陽能光電轉(zhuǎn)換14-15
• 1.2.3 光電光熱綜合利用技術(shù)15-17
• 1.2.4 光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)17-19
• 1.3 多功能熱泵系統(tǒng)(MDHP)19-24
• 1.3.1 熱泵與節(jié)能19-20
• 1.3.2 熱泵的發(fā)展歷史20-22
• 1.3.3 多功能熱泵系統(tǒng)22-24
• 1.4 本文的主要內(nèi)容24-25
• 第二章 光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺25-40
• 2.1 PV-SAHP系統(tǒng)的研究背景25-28
• 2.2 PV-SAHP系統(tǒng)的樣機(jī)原理28-29
• 2.3 PV-SAHP系統(tǒng)的樣機(jī)試制29-36
• 2.3.1 光伏蒸發(fā)器30-33
• 2.3.2 變頻渦旋壓縮機(jī)33-34
• 2.3.3 光伏系統(tǒng)34-36
• 2.4 PV-SAHP系統(tǒng)的測試裝置36-39
• 2.5 小結(jié)39-40
• 第三章 光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)的數(shù)值分析40-71
• 3.1 太陽輻射模型41
• 3.2 光伏蒸發(fā)器模型41-44
• 3.3 熱泵循環(huán)模型44-53
• 3.3.1 壓縮機(jī)數(shù)學(xué)模型45-48
• 3.3.2 換熱器數(shù)學(xué)模型48-51
• 3.3.3 膨脹閥數(shù)學(xué)模型51
• 3.3.4 熱泵工質(zhì)熱物性模型51-53
• 3.4 PV-SAHP系統(tǒng)模擬53-55
• 3.5 PV-SAHP系統(tǒng)的模擬結(jié)果及性能分析55-62
• 3.5.1 PV-SAHP系統(tǒng)的光電光熱綜合利用57
• 3.5.2 PV-SAHP系統(tǒng)的熱性能57-61
• 3.5.3 PV-SAHP系統(tǒng)的運(yùn)行耗能61
• 3.5.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響61-62
• 3.6 光伏蒸發(fā)器部件的分布參數(shù)分析62-69
• 3.6.1 光伏蒸發(fā)器分布參數(shù)模型62-65
• 3.6.2 光伏蒸發(fā)器的數(shù)值模擬65-67
• 3.6.3 結(jié)果分析67-69
• 3.7 小結(jié)69-71
• 第四章 光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究Ⅰ71-89
• 4.1 不同冷凝水溫條件下PV-SAHP系統(tǒng)的性能研究73-78
• 4.1.1 試驗(yàn)方案73-74
• 4.1.2 結(jié)果及分析74-78
• 4.2 不同頻率條件下PV-SAHP系統(tǒng)的性能研究78-87
• 4.2.1 試驗(yàn)過程78-80
• 4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析80-87
• 4.3 小結(jié)87-89
• 第五章 光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究Ⅱ89-106
• 5.1 冷凝水溫動態(tài)變化過程中PV-SAHP系統(tǒng)的性能研究89-92
• 5.1.1 測試條件89
• 5.1.2 測試結(jié)果及分析89-92
• 5.2 玻璃蓋板對PV-SAHP系統(tǒng)性能影響的研究92-105
• 5.2.1 測試條件93
• 5.2.2 熱泵循環(huán)熱性能的對比分析93-98
• 5.2.3 熱泵循環(huán)主要參數(shù)的對比分析98-99
• 5.2.4 光熱光電轉(zhuǎn)換的效率分析99-104
• 5.2.5 光伏蒸發(fā)器板的流動傳熱分析104-105
• 5.3 小結(jié)105-106
• 第六章 多功能熱泵系統(tǒng)開發(fā)和測試106-122
• 6.1 多功能熱泵系統(tǒng)的原理106-110
• 6.1.1 單獨(dú)制熱水模式107-108
• 6.1.2 制冷兼制熱水模式108-110
• 6.1.3 制暖模式110
• 6.2 多功能熱泵系統(tǒng)的試制110-113
• 6.3 測試方法及過程113-118
• 6.3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>113-114
• 6.3.2 試驗(yàn)設(shè)備簡介114-116
• 6.3.3 參數(shù)采集點(diǎn)的布置116
• 6.3.4 水箱熱損測試116-117
• 6.3.5 制冷量、制熱量和熱水加熱量的計算117-118
• 6.4 系統(tǒng)測試118-120
• 6.4.1 空調(diào)器的氣候類型和試驗(yàn)工況118
• 6.4.2 系統(tǒng)性能測試118-120
• 6.5 小結(jié)120-122
• 第七章 多功能熱泵系統(tǒng)數(shù)值模擬和性能研究122-140
• 7.1 多功能熱泵系統(tǒng)的數(shù)值模擬122-130
• 7.1.1 換熱器模型122-123
• 7.1.2 壓縮機(jī)模型123-127
• 7.1.3 毛細(xì)管模型127-130
• 7.1.4 系統(tǒng)程序流程圖及工質(zhì)熱物性130
• 7.2 多功能熱泵系統(tǒng)單獨(dú)制熱水模式的性能研究130-135
• 7.2.1 系統(tǒng)的節(jié)能效果131
• 7.2.2 水溫的變化趨勢131-134
• 7.2.3 水溫變化對壓縮機(jī)的影響134
• 7.2.4 水溫升高對系統(tǒng)性能的影響134-135
• 7.3 多功能熱泵系統(tǒng)制冷兼制熱水模式的性能研究135-139
• 7.3.1 水溫及水加熱功率的變化135
• 7.3.2 冷凝溫度的變化135-138
• 7.3.3 高壓端的換熱138
• 7.3.4 過熱燴的利用138
• 7.3.5 系統(tǒng)能效比EER_(c+w)138-139
• 7.4 小結(jié)139-140
• 第八章 全文小節(jié)及進(jìn)一步工作展望140-143
• 8.1 論文的主要成果及創(chuàng)新140-142
• 8.2 論文的后續(xù)工作及展望142-143
• 參考文獻(xiàn)143-150
• 符號列表150-153
• 圖例清單153-158
• 論文、科研、獎勵情況158-161
• 致謝161

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壓縮式熱泵熱水器實(shí)驗(yàn)研究及性能分析    余樂淵,趙軍,朱強(qiáng),張春雷

寒區(qū)太陽能—土壤源熱泵系統(tǒng)太陽能保證率的確定    余延順,廉樂明

制冷蒸發(fā)器與熱力膨脹閥調(diào)節(jié)回路的穩(wěn)定性分析    陳芝久,蔣文強(qiáng)

太陽能-土壤熱源熱泵的性能研究    畢月虹,陳林根

一種新型太陽能輔助多功能熱泵的實(shí)驗(yàn)研究    王勤;梁國峰;黎佳榮;陳福勝;陳光明;

太陽能驅(qū)動制冷空調(diào)技術(shù)    吳薇;殷勇高;冒海陽;李暉艷;尹成志;

多功能熱泵系統(tǒng)的火用分析    張海軍;

新型建材需大力扶持    凌澤偉

帶經(jīng)濟(jì)器的熱泵系統(tǒng)用渦旋壓縮機(jī)的理論研究    李園園;田金穎;馬麟;

帶經(jīng)濟(jì)器的熱泵系統(tǒng)用渦旋壓縮機(jī)的理論研究    李園園;申江;馬麟;

熱泵驅(qū)動的兩效海水淡化裝置實(shí)驗(yàn)研究    劉瑞璟;田曉亮;王兆俊;杜啟行;劉春濤;

熱泵循環(huán)的分析及太陽能熱泵系統(tǒng)的效率    張啟,藤井哲

跨臨界CO_2制冷與熱泵系統(tǒng)    宋紹峰;姜培學(xué);

CO_2制冷劑在汽車空調(diào)中的應(yīng)用及冬季供暖節(jié)能方法探討    方金湘;

太陽能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行方式的探討    馮曉梅;張昕宇;鄒瑜;鄭瑞澄;

一種太陽能輔助多功能熱泵系統(tǒng)    張光玉;

天津奧林匹克中心體育場暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計    王連成;

電解錳廢渣的污染現(xiàn)狀及綜合利用進(jìn)展    周長波;孟俊利;

梅山尾礦綜合利用現(xiàn)狀及存在問題    劉安平;張劍鋒;

淺議農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀及對策    賈春雨;

21世紀(jì)煤炭的綜合利用大有可為    吳春來;

甘蔗廢糖蜜的綜合利用    陳慶森;

淺析生物能源的開發(fā)與綜合利用    朱平慶;

小麥深加工及其綜合利用    羅倉學(xué);陳雪峰;

末端技術(shù)推動地源熱泵行業(yè)深度節(jié)能    安也致

北京發(fā)文力挺熱泵應(yīng)用    本報記者 杜紀(jì)棟

我省應(yīng)用可再生能源建設(shè)項目可獲補(bǔ)助    張繼勇

空調(diào)節(jié)能潛力大水源地源熱泵成新寵    本報記者　 崔玉平

熱泵系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用    曹志松

鐵百：鼠標(biāo)點(diǎn)出“清涼世界”    彭躍東

沈陽市地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用管理辦法    

助力中小企業(yè)多用途辦公    《計算機(jī)世界》評測實(shí)驗(yàn)室 李韜

多功能小型消防車展會“奪俏”    記者　陳雪峰

《多功能題典》：“檢索”檢出暢銷亮點(diǎn)    商報記者 劉莊

光伏—太陽能熱泵系統(tǒng)及多功能熱泵系統(tǒng)的綜合性能研究    裴剛

戶用多功能太陽能熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究    蔣愛國

帶噴射器的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)氣熱泵系統(tǒng)循環(huán)機(jī)理與特性研究    許樹學(xué)

HFC125臨界熱泵特性研究    周湘江

電化學(xué)光電轉(zhuǎn)換與儲存的新構(gòu)思與新技術(shù)研究    劉平

電子膨脹閥開度對光伏—太陽能熱泵系統(tǒng)性能影響的研究    王海濤

兩級壓縮高溫?zé)岜酶稍锬静牡难芯?nbsp;   張振濤

都市農(nóng)業(yè)多功能發(fā)展研究    顧曉君

稻麥聯(lián)合收獲開溝埋草多功能一體機(jī)的設(shè)計    陳玉侖

高檔茶籽油的提取及茶籽綜合利用技術(shù)研究    郭華

隴東高原農(nóng)村沼氣開發(fā)與綜合利用研究    郭云旭

利用含銅蝕刻廢液合成堿式碳酸銅新工藝研究    鄭帥飛

城市污水處理廠污泥處置及資源化利用研究    蒲濟(jì)生

磷石膏制硫酸新工藝探討    王成波

高純度辣椒堿的制備及副產(chǎn)物的綜合利用    袁傳禎

山西煤炭企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與生態(tài)工業(yè)園的構(gòu)建    賀秀麗

庫拉索蘆薈活性成分的研究及其綜合利用    賴國明

磷肥行業(yè)副產(chǎn)氟硅酸的綜合利用研究    楊先

米酒糟的綜合利用    盧建明

金川選礦尾礦再選新技術(shù)研究    陳曉東