户用多功能太阳能热泵系统的实验研究

太阳能热水器是直接利用太阳能获得热水的节能、环保型热水器,但是受天气限制太阳能热水器不能保证每天都能使用,因此需要辅助热源。空气源热泵热水器是利用热泵原理,从空气中吸热制取热水的节能型热水器,但是制造成本高,仅用来制取热水不经济,因此严重阻碍了该产品的推广应用。家用空调器现在应用广泛,但全年大部分时间处于闲置状态,利用率低下。 为了充分发挥太阳能热水器、空气源热泵热水器和家用空调器三者的优势弥补它们的不足,我们提出了一种解决方案,把三者有机结合起来实现一机多能,这一复合系统被称为户用多功能太阳能热泵(domestic multifunctional solarassisted heat pump,DMSAHP)。DMSAHP系统可以运行太阳能制热水、热泵制热水、制冷、制冷兼制热水、空气源热泵制热和水源热泵制热6种模式。因此该系统既可以充分利用太阳能制取热水,又可以用热泵制热水模式作为辅助制取热水;制冷兼制热水模式还可以回收利用冷凝器热制取热水,因此能源的利用率高;水源热泵制热模式可以利用太阳能制取的热水为热泵热源给房间制热,不仅能提高系统的制热能力,还能提高太阳能利用率。 首先详细阐述了DMSAHP系统的基本原理及其具体可以实现的各种功能模式并试制了DMSAHP的样机,构建了DMSAHP系统的模型。样机的制作充分考虑到实用性,使其便于安装和维护,组合集成DMSAHP系统各部件后的样机由室外机、室内机、太阳能集热系统和储热水箱四个部分组成。 本文着重对DMSAHP系统的热泵制热水、制冷、制冷兼制热水、空气源热泵制热和水源热泵制热5种模式进行了详细的研究,并对系统的性能进行了详细的分析。结果表明,DMSAHP系统这5种模式运行可靠、性能良好。 不同环境温度下的实验表明,DMSAHP系统热泵制热水模式性能系数的最大值可达5.05kW/kW;而环境温度为7℃的低温情况下,性能系数范围为4.69～1.63 kW/k。可见热泵制热水模式制热水具有非常明显的节能效果。 DMSAHP系统制冷模式下额定制冷量和能效比分别为4.981kW和2.61kW/kW。DMSAHP系统制冷兼制热水模式下,综合能效比均大于3.39 kW/kW而最大值可达6.20 kW/kW。 DMSAHP系统空气源热泵制热模式下的额定制热量和性能系数分别为4.938kW和2.77 kW/kW。DMSAHP系统水源热泵制热模式下,系统的制热量的最小值也能达到5.758kW,最大值可达9.105kW;而该模式下系统的性能系数均大于3.18kW/kW,最大可达3.69kW/kW。 DMSAHP系统是一个功能模式多,组成部件多的复杂系统,为了使系统自动运行,本文还进一步提出了适合DMSAHP系统特点的系统控制方案。