文档介绍：三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统初探
哈尔滨工业大学牛福新,倪龙,姚杨,马最良
摘要:采用综合的集成技术,提出全新的三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统,将夏季蓄冷与冬季蓄热有机结合在一起。阐述了该系统的结构、运行模式及其特征,通过建立三套管蓄能换热器的数学模型,模拟了三套管蓄能换热器直接蒸发蓄冷动态特性。并对比分析了冰蓄冷与高温相变蓄冷能耗情况。高温相变材料蓄冷比冰蓄冷平均蒸发温度高10℃左右,高温相变材料蓄冷的COP值比冰蓄冷提高了近25%,相同制冷能力下相变蓄冷功耗节能率达36%,取得了良好的节能效果。三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统的提出,对生态用能和供热方式的发展都具有重要的意义。
关键词:三套管;蓄能;集成系统;热泵
改革开放以来我国电力需求增长非常迅速,近年来的总装机容量不断增长,[1,2]。为缓解高峰电力严重不足,蓄冷空调是电力需求侧实现“移峰填谷”最有效手段之一[3],因此,蓄冷空调技术得到空前的发展。目前,国内外蓄冷技术主要集中在对冰蓄冷的研究与设备开发[4],利用水的相变蓄冷,相变温度为0℃,因此要求制冷剂蒸发温度较低,影响机组效率,本文采用相变温度为6℃的有机相变材料,提出了全新的三套管蓄能换热器,用一种全新的蓄能换热器,与空气源、太阳能热泵组成的集成系统,能同时解决空调系统的夏季电力削峰填谷、冬季太阳能蓄热、太阳能在空调中的应用、多源热泵、热泵与蓄能的有机结合、直接蒸发式蓄冷装置的开发、简化集成系统与降低初投资等多个亟待解决的问题。
1 集成系统介绍
三套管蓄能换热器结构
换热器单元如图1所示,其内管为制冷剂,中间层为相变蓄能材料,外管为水,通过制冷剂/相变蓄能材料换热实现夏季蓄冷,冬季取热;而相变蓄能材料/水之间的换热实现夏季释冷,冬季蓄热。
图1 三套管蓄能换热单元示意图
对于三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统而言,三套管相变蓄能器既是夏季供冷工况的蓄冷装置,也是冬季供热工况的蓄热装置,因此相变材料的选择要考虑可以满足蓄冷和蓄热的要求,而冬季设计条件下的太阳能集热低温热水为15℃~20℃左右,夏季供冷设计水温在10℃~12℃,所以选择有机相变材料RT6,其融点温度为9℃,凝固点温度为6℃,蓄热量在1℃~11℃范围内为183kJ/kg。
集成系统结构
1-热泵压缩机;2-四通换向阀;3,4-换热器;5,7-三通阀;6-低压气液分离器;8,9,14-膨胀阀;10-太阳能集热器;11,15-水泵;12-热水罐;13-三套管蓄能换热器
图2 三套管蓄能型太阳能与空气源热泵系统整体结构示意图
提出的集成系统巧妙地通过两个三通阀将系统变为多源综合利用热泵系统;具有多功能、全年运行的特点,通过系统的运行调节可实现以下十一种运行模式:
夏季空气源热泵供冷及太阳能供生活热水模式;
夏季夜间蓄冷模式;
夏季用户侧取冷及太阳能供生活热水模式;
夏季供冷/蓄冷模式;
夏季空气源热泵和蓄冷联合供冷及太阳能供生活热水模式;
冬季供热模式;
冬季蓄热模式;
冬季蓄能热泵供热模式;
冬季空气源热泵供热模式;
冬季空气源和蓄热联合供热模式;
冬季空气源和太阳能多源热泵供热模式。
集成系统特征
三套管