英文翻譯 直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)

1、兩級直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)制備高溫水的應(yīng)用研究Ill摘要：直膨式太陽能輔助熱泵（DX-SAHP ）系統(tǒng)已成為常規(guī) 太陽能輔助熱泵系統(tǒng)的可行的替代方案。木文研究了兩級 DX-SAHP系統(tǒng)在提供60-90 C高溫時的應(yīng)用并證實該系統(tǒng)能 夠提供高溫度的熱負荷。木文在以R-134a為制冷劑和使用平 板式太陽能集熱器的情況下研究了該系統(tǒng)的熱工性能，并對 兩級系統(tǒng)與一級系統(tǒng)進行了性能比較；最后用一個簡單的圖 形說明了這兩個DX-SAHP系統(tǒng)所需要的太陽能集熱器面積 和熱泵壓縮機的排量的匹配關(guān)系。關(guān)鍵詞：太陽能輔助熱泵；高溫應(yīng)用；直膨式1、引言熱泵主要用于空間的加熱與冷卻。在加熱模式中，熱 泵主要用于生產(chǎn)生活

2、用熱水和工業(yè)熱處理。熱泵通常工作于 兩個溫度之間，將低溫熱源（用于采暖的室外空氣）的熱量 輸送到溫度較高的空調(diào)房間。這一過程熱泵需要損耗一定量 的功來彌補熱源與冷源之間的溫差。同時說明，單級熱泵在 冬季惡劣的工作條件下時需要花費更多的功來克服室外與 室內(nèi)之間的溫差來輸送熱量，這就使得熱泵的運行效率非常 低。這種與溫差相關(guān)的熱效應(yīng)規(guī)律讓我們想到靠太陽能、地 熱能或地下熱水使低溫熱源的溫度升高的方法來提高熱泵 的cop.在目前所研究的太陽能熱泵系統(tǒng)中，太陽能是一個溫度比周圍環(huán)境溫度較高的低溫熱源，系統(tǒng)利用蒸發(fā)器來吸收 太陽能集熱器收集的太陽能，這種結(jié)構(gòu)被稱為間接的或傳統(tǒng) 式的太陽能熱泵系統(tǒng)。在這種

3、系統(tǒng)中，太陽能集熱器和熱泵 蒸發(fā)器都是各自獨立的并通過一個熱交換器連接起來。在未 來的可替代的系統(tǒng)直膨式熱泵系統(tǒng)中，太陽能集熱器和 熱泵蒸發(fā)器合二為一，減少了部件的數(shù)量以及兩個獨立單元 間低效的熱交換。以往的DX-SAHP系統(tǒng)的研究主要集中在低溫( - 威詭=搭7 h?-希3服Since,00B 0 Gm2 = m7 and = m3One gets,Hl對海加)=Eg (想一打時Total compressor work = ZW = V1/2 - V1/34(4)8Cop值可表示為:Y.W = m3(h2 -H)-搭對他-上)由于二是從方程6得出來的，COPH在已知的情況下計算質(zhì) 量流量，

4、質(zhì)量流量m2可以這樣計算：(10)%加 J 幗計5 IQhI Volumetric displacement rate of the two compressors, namely VD and VD2 can be determined from volumetric efficiency(H)4蒸發(fā)器/集熱器的能量平衡第一階段集熱器即蒸發(fā)器能量平衡:集熱器吸收太陽能量=制冷劑的蒸發(fā)吸收的熱量。 在數(shù)學(xué)上，它可以表示為下式：m2(h-加)=F孔閏玖)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=一些鏟15.熱泵與集熱器的耦合減少了集熱器面積平板集熱器非常適合低溫熱利用，因為所收集的能量溫 度與使用溫度大致相符。除此之外，這種集熱器只需要輸入很少的常規(guī)能量，可以替代常規(guī)能源。另一方面，熱泵在低 溫熱利用方面有明顯的潛力，但是需要大量電能來驅(qū)動壓縮 機從而降低了其節(jié)能潛力。然而，熱泵傳遞能量所需的電能 是與常規(guī)能源有關(guān)的。

7、熱泵和太陽能集熱器的熱工特性使它們成為一個可以 互相提高熱力性能的組合。太陽能集熱器在較低的集熱溫度 時效率更高，從而減少能量損失。太陽能集熱器將收集的低 于用戶負荷溫度下的能量通過熱泵升高溫度。因此太陽能輔 助熱泵的蒸發(fā)器溫度相對升高，溫度升高，COPH就更高（圖 3）。這意味著輸出相同的能量熱泵輸入的能量變小。Heal dli 仰 u pcrloniMiKt-Silar 應(yīng)I時頃Fig. 3. RediiCtLOEi in collector area due lo coll&CEor-h&ai pucnp coupEing.圖3顯示了一個集熱器和熱泵耦合時的效率圖。圖形表 示了集熱器在操

8、作溫度下的COPH與集熱器的效率。當集熱 器單獨工作，其輸出溫度必須大于或等于熱用戶溫度tl。獨 立的熱泵在冷源溫度（假定為環(huán)境溫度Ta）和用戶溫度（TL）之間運行。當集熱器和熱泵兩個耦合時，集熱器的溫度Tm低于Tl。相反，冷源溫度的熱泵溫度從Ta增加到Tm。在目前的情 況下，集熱器和蒸發(fā)器溫度是相同的。結(jié)果是集熱器運行更高 效的進而減少了集熱器熱損失，同時減少集熱器面積。因為集 熱器成木約占太陽能系統(tǒng)總成木的60%到70%,提高效率意 味著減少太陽能系統(tǒng)成木。集熱器面積由太陽能參數(shù)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-也滬and, HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 喘十_皿瀘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.結(jié)果分析在木節(jié)中研究了在不同冷凝溫度下兩級DX-SAHP系統(tǒng) 的熱工性能，并與單級DX-SAHP進行了比較。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.圖4和5是對于兩級和單級DX-SAHP系統(tǒng)在不同冷凝 溫度即：60C、70C、80C和90C的COPH進行了比較。和 預(yù)期的一樣，兩級DX-SAHP的性能優(yōu)于單級系統(tǒng)。如果增大 了蒸發(fā)溫度Tf,兩級DX-SAHP系統(tǒng)效率提高。冷凝溫度增 加，則系統(tǒng)COP降低。圖中顯示,在Tf=20C時，冷凝器的 溫度增加了 30C即從60C到90C（如圖4）,兩級DX-SAHP 的COPH大約減少了 60%。同樣的溫升情況下單級DX-SAHP 的COPH在冷凝溫度90 C是在60 C的46%（如圖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圖6為兩級和單級系統(tǒng)的另一個參數(shù)的比較圖。很明顯，在同樣的VD/ Ac值太陽能收集器效率隨著冷凝溫度的 增加而降低。兩級DX-SAHP比單級DX-SAHP系統(tǒng)尤其是 在高冷凝溫度(90 C)時性能更優(yōu)越。Fig. 7. Eifecr of

14、he COPN on He reduction of he collerrors Area.Area reduction I li II圖7為兩級DX-SAHP 的 COPH與太陽能收集器的面積減 少量的關(guān)系所圖。圖形表明,隨著熱力性能COPH從1.8增加 到4.0所需的太陽能集熱器器面積迅速由2減少到0.32。圖8和9為在90C冷凝溫度下熱泵壓縮機的排氣量和太 陽能集熱器面積的比。顯示了集熱器隨環(huán)境溫度的差異,(DT =Tf -Ta)的效率的變化。這些數(shù)據(jù)顯示隨集熱器蒸發(fā)器溫度 Tf的變化COPH和熱泵蒸發(fā)能力的變化圖(上圖)。這些數(shù) 據(jù)為我們初步了解在同樣冷凝下溫度的兩級和單級系統(tǒng)的 性能

15、。為了進行說明，(圖8)是一個兩級DX-SAHP系統(tǒng)操作 在冷凝溫度90C的熱工性能。這個圖用來確定太陽能集熱器 面積和壓縮機位移量的設(shè)計與匹配。對一個例子進行說明：o%700 w,如下所示:使用給定的值在表 3中，首先，一個垂直的直線AB是畫在DT = 5 C(DT = Tf -Ta), 交叉S = 800 w / m2線在B點見圖8。第二，一個垂直的線畫 在CD是Tf = 10 C與相交Tc = 90 C線（上圖）在點D .最后, 一條水平線EF（平行于x軸）是與y軸相交點E和線CD交于 點F .從圖一發(fā)現(xiàn)COPH = 2.8（D點），效率=0.4（點E）和VD/ Ac 二0.27（點F）

16、。太陽能集熱器熱量QLo對于一個給定的熱負荷 QHo（7000W）可以表示為下面的方程：-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-業(yè)匕60 N5.0591750 x 60=0.0000225 n?/rev重復(fù)才相同的步驟計算兩級循環(huán)在60 C時，單級循環(huán)在 60和90 C（圖8）的集熱器面積和壓縮機排氣量和活塞排氣量, 結(jié)果在表4。正如上面所討論的,所需的太陽能集熱器面積單 級熱泵比雙級熱泵較小。在冷凝溫度60攝氏度使用雙級熱 泵比單級熱泵集熱器面積增加2.7%。這個百分比在90 c成 為16.2%.另一方面，使用單級熱泵比使用一個兩級熱泵位移 量較大。當在60和90 C，一個兩級熱泵位移量分別是所需 的單級熱泵位移量的38%和43%。7.結(jié)論對兩級直膨式太陽能