1、太阳能热泵热水系统并联太阳能热泵热水系统并联式与串联式的性能比较式与串联式的性能比较主要主要内内容容Introduction研究内容及方法介绍研究内容及方法介绍计算结果与分析计算结果与分析 结论与展望结论与展望1234研究背景及问题的提出研究背景及问题的提出背景介绍及问题的提出背景介绍及问题的提出u能源危机能源危机使得发展可再生能源和新能源势在必行；近几使得发展可再生能源和新能源势在必行；近几年内我国年内我国能耗能耗的加速增长，的加速增长，节能减排节能减排也成为国家发展计也成为国家发展计划的重要部分；划的重要部分；u太阳能太阳能作为一种可再生的新能源，受到了众多研究者的作为一种可再生的新能源，
2、受到了众多研究者的青睐，但因其青睐，但因其不稳定、间歇性不稳定、间歇性的缺点受到了限制；热泵的缺点受到了限制；热泵由于由于低温低温运行效率低也大大降低了其整体效率；运行效率低也大大降低了其整体效率；u太阳能与热泵技术的结合太阳能与热泵技术的结合互相弥补了利用上的不足，因互相弥补了利用上的不足，因其独特的优势成为了研究的重点；其独特的优势成为了研究的重点；直膨式系统：直膨式系统：制冷制类型；不稳定性；太阳能热泵系统太阳能热泵系统非直膨式系统：非直膨式系统：串联式系统并联式系统混合式系统背景介绍及问题的提出背景介绍及问题的提出混合式系统混合式系统因其系统的复杂性使得使用受到了限制；以往研究重点以往
3、研究重点：系统是否能够连续稳定运行、运行效率、系统与直膨或者单纯的热泵加热运行性能的比较、系统部件之间的匹配及部件优化等；背景介绍及问题的提出背景介绍及问题的提出环境系统问题的提出：对于串联式和并联式两种系统类型，在不同的气候区域到底哪种类型的系统年运行效率更高，更节能；因此研究首先就西安地区作为一个研究地区，到底哪一种系统类型更适合此类地区，或者是何种运行方式使得系统全年效率更高，希望研究结果对西安地区的太阳能热泵热水系统具有指导意义；研究内容及方法介绍研究内容及方法介绍串联式与并联式系统的性能比较：在西安地区建立两种系统类型的模型，通过计算分析得到适合西安地区的系统类型；串联式系统和并联式
4、系统在全国典型气候区的性能分析：在全国范围内选择几个典型的代表城市，对其进行适用性研究，得到分别适合两类系统类型的气候区域；内 容1、建立模型、建立模型西安某高校太阳能热泵热水系统：西安某高校太阳能热泵热水系统：研究内容及方法介绍研究内容及方法介绍图1 并联式系统原理图 系统主要有真空管集热器、空气源热泵以及被加热水箱组成；每天早上8点至下午6点运行，对60t、10的水进行加热，温升达到40，系统可以全年稳定运行；利用TRNSYS软件建立系统模型，如图2所示；研究内容及方法介绍研究内容及方法介绍图3 串联式系统模型图2 并联式系统模型研究内容及方法介绍研究内容及方法介绍u串联式系统串联式系统
5、根据加热量确定热泵容量，分别根据冬季、夏季及过渡季节的典型日热泵蒸发侧所需的热量确定三种集热器面积，同时根据集热器面积与蓄热水箱容量的比例确定蓄热水箱的容量，目的是为了分析不同集热器面积下系统的运行效率；u并联式系统并联式系统 根据系统加热量确定热泵容量，集热器面积选择跟串联式系统过渡季节相当的集热器面积，从而跟串联式系统的运行性能进行比较；u在进行计算之前，对系统相关部件的容量及面在进行计算之前，对系统相关部件的容量及面积等进行设计；积等进行设计；研究内容及方法介绍研究内容及方法介绍并联式并联式串联式串联式M800冬季1600过渡季800夏季500R制热量：420KW制热量：380KW制热量
6、：380KW制热量：380KW功率：100KW功率：86KW功率：86KW功率：86KWV100m50m30m表表1 系统相关部件容量表系统相关部件容量表注：为了方便表示，M-集热器面积，R-热泵容量，V-蓄热水箱容积；同时分别将500、800、1600集热器面积对应的串联式系统命名为串联式系统A、B、C；2、实验验证、实验验证u集热器模型：集热器模型：根据实测的气象参数利用TRNSYS进行模拟，并与实验结果进行对比，如图4所示；u水源（空气源）热泵水源（空气源）热泵模型：模型：根据厂家提供的性能曲线建立模型；8:309:3010:3011:3012:3013:3014:3015:3016:3
7、017:30101520253035水箱温度/时间/h 模拟值 实验值图4 水箱温度变化曲线研究内容及方法介绍研究内容及方法介绍模拟的水温变化曲线和实验值基本一致，从而证明了集热器模型的正确性；计算结果与分析计算结果与分析1、典型日计算结果与分析、典型日计算结果与分析 分别选取西安典型气象年的7月18日、3月27日及1月13日作为夏季、过渡季节以及冬季的典型代表对串联式系统和并联式系统进行全天的运行分析；7月月18日日3月月27日日1月月13日日串联式串联式A3.202.651.49串联式串联式B3.513.212.67串联式串联式C3.603.483.31并联式并联式6.065.142.63
8、表表2 典型日系统运行效率典型日系统运行效率串联式系统B与并联式系统的计算结果可以看出：夏季及过渡季节 并联式都远大于串联式B的效率，而只在冬季略小于串联式的效率；因此可以得到并联式系统在西安地区全年大多数时候的日平均运行效率高于同等集热器面积的串联式系统。串联式分析：串联式系统中随着集热器面积的增加，系统的效率也随之增加；但是对于不同气象参数下系统效率增加的速度也不同；计算结果与分析计算结果与分析2、全年运行性能分析、全年运行性能分析u对四种系统在西安地区的全年运行情况进行分析得到了如表3的结果：串联式串联式A串联式串联式B串联式串联式C并联式并联式Q13.88E+09kJ3.88E+09k
9、J3.88E+09kJ3.88E+09kJQ22.14E+09kJ1.37E+09kJ1.16E+09kJ9.63E+08kJCOP1.812.833.344.03表表3 系统全年运行性能分析系统全年运行性能分析注：为了方便表示，Q1-年加热量，Q2-年运行能耗，COP-系统年平均效率；结论与展望结论与展望u 结论：利用结论：利用TRNSYS软件软件在西安地区搭建了在西安地区搭建了串联式系统和串联式系统和并联式系统并联式系统的系统模型，并利用相关的系统模型，并利用相关实验实验进行验证，通过进行验证，通过对对夏季、冬季及过渡季节夏季、冬季及过渡季节典型日的日运行效率以及典型日的日运行效率以及全年
10、运全年运行行能耗的分析得到：能耗的分析得到：1、从全年的运行结果可以得到，在太阳能资源三类地区的西安，并联式系统的运行效率高于串联式系统，采用并联式系统更加节能；2、对于太阳能资源不太丰富的三类地区，采用串联式系统时可以根据过渡季节典型日热泵蒸发侧所需的热量来确定集热器的面积，之后集热器面积的增加对提高系统的效率影响不大；结论与展望结论与展望u 另外，在研究中发现：尽管对于并联式系统在西安地区的全年运行效率高于串联式系统，但是在某些时候串联式的系统效率却优于并联式系统，也就说明串联式系统有可以利用的时候，因此，目前正在研究将两种系统结合成为一种复合式的太阳能热泵系统，对此种系统类型进行优化研究将对系统效率的提高起到积极地效果；u 目前已经分析了复合式系统的影响因素，综合分析，环境温度以及集热器效率成为主要的约束因素用定量的结果表示考虑将集热器的瞬时集热量占系统瞬时供热量的比例作为判断依据，并通过在西安气候条件下的研究得到复合式系统优化切换的切换条件，接下来将对所得到的结果进行理论分析，以验证结果的正确可靠性。
