英文翻译 直膨式太阳能热泵系统

1、两级直膨式太阳能热泵系统制备高温水的应用研究Ill摘要：直膨式太阳能辅助热泵（DX-SAHP ）系统已成为常规 太阳能辅助热泵系统的可行的替代方案。木文研究了两级 DX-SAHP系统在提供60-90 C高温时的应用并证实该系统能 够提供高温度的热负荷。木文在以R-134a为制冷剂和使用平 板式太阳能集热器的情况下研究了该系统的热工性能，并对 两级系统与一级系统进行了性能比较；最后用一个简单的图 形说明了这两个DX-SAHP系统所需要的太阳能集热器面积 和热泵压缩机的排量的匹配关系。关键词：太阳能辅助热泵；高温应用；直膨式1、引言热泵主要用于空间的加热与冷却。在加热模式中，热 泵主要用于生产生活

2、用热水和工业热处理。热泵通常工作于 两个温度之间，将低温热源（用于采暖的室外空气）的热量 输送到温度较高的空调房间。这一过程热泵需要损耗一定量 的功来弥补热源与冷源之间的温差。同时说明，单级热泵在 冬季恶劣的工作条件下时需要花费更多的功来克服室外与 室内之间的温差来输送热量，这就使得热泵的运行效率非常 低。这种与温差相关的热效应规律让我们想到靠太阳能、地 热能或地下热水使低温热源的温度升高的方法来提高热泵 的cop.在目前所研究的太阳能热泵系统中，太阳能是一个温度比周围环境温度较高的低温热源，系统利用蒸发器来吸收 太阳能集热器收集的太阳能，这种结构被称为间接的或传统 式的太阳能热泵系统。在这种

3、系统中，太阳能集热器和热泵 蒸发器都是各自独立的并通过一个热交换器连接起来。在未 来的可替代的系统直膨式热泵系统中，太阳能集热器和 热泵蒸发器合二为一，减少了部件的数量以及两个独立单元 间低效的热交换。以往的DX-SAHP系统的研究主要集中在低温( - 威诡=搭7 h?-希3服Since,00B 0 Gm2 = m7 and = m3One gets,Hl对海加)=Eg (想一打时Total compressor work = ZW = V1/2 - V1/34(4)8Cop值可表示为:Y.W = m3(h2 -H)-搭对他-上)由于二是从方程6得出来的，COPH在已知的情况下计算质 量流量，

4、质量流量m2可以这样计算：(10)%加 J 帼计5 IQhI Volumetric displacement rate of the two compressors, namely VD and VD2 can be determined from volumetric efficiency(H)4蒸发器/集热器的能量平衡第一阶段集热器即蒸发器能量平衡:集热器吸收太阳能量=制冷剂的蒸发吸收的热量。 在数学上，它可以表示为下式：m2(h-加)=F孔闰玖)UL(n - L)(13)where, Fh Sf (ra), UL Tf and Ta areF respectivelyh collecto

5、r efficiency factor, collector area, solar radiation in the collector plane,transmittance-absorptnce product, collector heat oss coefficient, refrigerant evaporative temperature and ambient temperature. Using Eq. (11) to substitute for one gets TOC o 1-5 h z 四券如一如=F&配以)-Ull Ta)(14)or 去翌= h*M-x) = Kg

6、(15)where K is the clearness index a characteristic of a given location (K = S/SJ, and 早皿“ is the collector efficiency, expressed as 皓=一些铲15.热泵与集热器的耦合减少了集热器面积平板集热器非常适合低温热利用，因为所收集的能量温 度与使用温度大致相符。除此之外，这种集热器只需要输入很少的常规能量，可以替代常规能源。另一方面，热泵在低 温热利用方面有明显的潜力，但是需要大量电能来驱动压缩 机从而降低了其节能潜力。然而，热泵传递能量所需的电能 是与常规能源有关的。

7、热泵和太阳能集热器的热工特性使它们成为一个可以 互相提高热力性能的组合。太阳能集热器在较低的集热温度 时效率更高，从而减少能量损失。太阳能集热器将收集的低 于用户负荷温度下的能量通过热泵升高温度。因此太阳能辅 助热泵的蒸发器温度相对升高，温度升高，COPH就更高（图 3）。这意味着输出相同的能量热泵输入的能量变小。Heal dli 仰 u pcrloniMiKt-Silar 应I时顷Fig. 3. RediiCtLOEi in collector area due lo coll&CEor-h&ai pucnp coupEing.图3显示了一个集热器和热泵耦合时的效率图。图形表 示了集热器在操

8、作温度下的COPH与集热器的效率。当集热 器单独工作，其输出温度必须大于或等于热用户温度tl。独 立的热泵在冷源温度（假定为环境温度Ta）和用户温度（TL）之间运行。当集热器和热泵两个耦合时，集热器的温度Tm低于Tl。相反，冷源温度的热泵温度从Ta增加到Tm。在目前的情 况下，集热器和蒸发器温度是相同的。结果是集热器运行更高 效的进而减少了集热器热损失，同时减少集热器面积。因为集 热器成木约占太阳能系统总成木的60%到70%,提高效率意 味着减少太阳能系统成木。集热器面积由太阳能参数得出：inhere r|i is the collector efficiency at the design

9、point (St TJR with Qh being design therma energy delivery rM巳 the solar-assisted heat pump for the thermal energy output of QLl the collector area requirement is TOC o 1-5 h z kP=w(1S,where, HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 喻十-也沪and, HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 喘十_皿泸Note for t

10、he SAHP case, QH differs from QL by the amount of ompressor power input.where 譬 is the reduction in available solar energy as a fraction of QhQh due to reduction in area.丹 call cnWe note that 吼 稿叫that is always less than one.Since COPH is higher for the two-stage cycle, as compared to single-stage c

11、ycle, the following relationship applies,L#1” twQ-st岬 (COPH) singie-sLa the operating costs wi be lower for the two-stage cycle.6.结果分析在木节中研究了在不同冷凝温度下两级DX-SAHP系统 的热工性能，并与单级DX-SAHP进行了比较。fig. 4. Effect of the ccmdener temperature on the COPN cf two -stage DX-SAHP.Fig. 5“ Effect of che condenser eEnpera

12、cure on tie COPh of sirxgLe-scae DX-SAHP.图4和5是对于两级和单级DX-SAHP系统在不同冷凝 温度即：60C、70C、80C和90C的COPH进行了比较。和 预期的一样，两级DX-SAHP的性能优于单级系统。如果增大 了蒸发温度Tf,两级DX-SAHP系统效率提高。冷凝温度增 加，则系统COP降低。图中显示,在Tf=20C时，冷凝器的 温度增加了 30C即从60C到90C（如图4）,两级DX-SAHP 的COPH大约减少了 60%。同样的温升情况下单级DX-SAHP 的COPH在冷凝温度90 C是在60 C的46%（如图5）。0.60.4(b) Sin

13、gle-stage. T =6():C1 B.VD/0.3 VD/0.4, VD/A,.= 0l5 VD/A,.= 0l6e VD/A,.=0.7Single-stage. Tc 二9(FC(J)VD/AcVD/AcVD/ACVD/ACVD/ACFig. 6. Effect of T且nd Tc on the sohr collecmr efficiency图6为两级和单级系统的另一个参数的比较图。很明显，在同样的VD/ Ac值太阳能收集器效率随着冷凝温度的 增加而降低。两级DX-SAHP比单级DX-SAHP系统尤其是 在高冷凝温度(90 C)时性能更优越。Fig. 7. Eifecr of

14、he COPN on He reduction of he collerrors Area.Area reduction I li II图7为两级DX-SAHP 的 COPH与太阳能收集器的面积减 少量的关系所图。图形表明,随着热力性能COPH从1.8增加 到4.0所需的太阳能集热器器面积迅速由2减少到0.32。图8和9为在90C冷凝温度下热泵压缩机的排气量和太 阳能集热器面积的比。显示了集热器随环境温度的差异,(DT =Tf -Ta)的效率的变化。这些数据显示随集热器蒸发器温度 Tf的变化COPH和热泵蒸发能力的变化图(上图)。这些数 据为我们初步了解在同样冷凝下温度的两级和单级系统的 性能

15、。为了进行说明，(图8)是一个两级DX-SAHP系统操作 在冷凝温度90C的热工性能。这个图用来确定太阳能集热器 面积和压缩机位移量的设计与匹配。对一个例子进行说明：o%700 w,如下所示:使用给定的值在表 3中，首先，一个垂直的直线AB是画在DT = 5 C(DT = Tf -Ta), 交叉S = 800 w / m2线在B点见图8。第二，一个垂直的线画 在CD是Tf = 10 C与相交Tc = 90 C线（上图）在点D .最后, 一条水平线EF（平行于x轴）是与y轴相交点E和线CD交于 点F .从图一发现COPH = 2.8（D点），效率=0.4（点E）和VD/ Ac 二0.27（点F）

16、。太阳能集热器热量QLo对于一个给定的热负荷 QHo（7000W）可以表示为下面的方程：-10W.mW.mW.mTf? Delta TFig. BL A chart far mllactorsizing and coniprsior paramscan 序 syitanuWith (j/collS)/Sc = 0.27, one can determine i/CQltS = 541.2 W/m2 since 5匚= 1353 W/m2. Finally, using Eq.18)凡= 8.77 m2.With VDMc=0.27 and A匚=8.77 m% one gets VD = 0.

17、27 x 8.77 = 2.367 m3/h.Using a compressor motor RPM of 1750 日s 日n example, one cn determine the piston displacement volumePD) of the compressor from the relationship,PD-业匕60 N5.0591750 x 60=0.0000225 n?/rev重复才相同的步骤计算两级循环在60 C时，单级循环在 60和90 C（图8）的集热器面积和压缩机排气量和活塞排气量, 结果在表4。正如上面所讨论的,所需的太阳能集热器面积单 级热泵比双级热泵较小。在冷凝温度60摄氏度使用双级热 泵比单级热泵集热器面积增加2.7%。这个百分比在90 c成 为16.2%.另一方面，使用单级热泵比使用一个两级热泵位移 量较大。当在60和90 C，一个两级热泵位移量分别是所需 的单级热泵位移量的38%和43%。7.结论对两级直膨式太阳能