62 嘉兴学院学报 第21卷第6期2 直接膨胀式太阳能热泵技术研究现状

直接膨胀式太阳能热泵就是太阳能集热器和热泵蒸发器组合成一个部件,称为集热/蒸发器,从热泵膨胀阀出来的制冷剂在集热/蒸发器中直接吸收太阳能而蒸发(如图4所示

).

直接膨胀式太阳能热泵系统设计思想首次被SpornPhilip和

AmbroseER提出以后,得到各国科研人员普遍关注,进行了广

[14]泛而深入的研究.

MorganRG研究了用R11作为工质的高温直接膨胀式太阳能

热泵系统.蒸发器工作温度在15 ~50 ,冷凝侧水的温度最高

能达到90 .研究结果表明,系统COP能达到3 0以上.这种

系统是比较理想的热泵热水器系统,但由于R11是一种已经被淘

汰的制冷剂.不过MorganRG.的研究方法值得我们研究人

[15]图4 直接膨胀式太阳能热泵原理示意图员借鉴.

ChaturvediSushilK等人对一种直接膨胀式太阳能热泵的制热水性能进行了理论和实验研究,结果表明热泵COP在2 0~3 0之间变化,并在文章中指出了直接膨胀式太阳能热泵的缺点及可能的克服方法,但他使用的是热性能较好但现已停止使用的R12作为制冷剂.

ChaturvediSK等人研制了一种直接膨胀式太阳能热泵热水器,并进行了实验研究.该装置用变频控制器来控制压缩机转速,以保证在室外太阳辐照和空气温度变化较大时,能够保持压缩机功率与蒸发/集热器蒸发能力之间有效匹配.实验结果表明,当系统从冬季室外低温条件变成夏季室外高温运行条件时,可以通过降低压缩机转速来提高热泵的性能系数.

ChyngJP等研制了一种整体式直接膨胀式太阳能热泵热水器,并对这种系统进行了全年热性能的理论和实验研究.该系统的理论模型除了热水箱外均按准稳态模型来构造.研究结果表明该系统的平均性能系数均保持在1 7~2 5之间,并且一年中大多数天数的平均性能系数都在2 0以上.

KuangYH等在上海地区对研制的一台直接膨胀式太阳能热泵热水器进行理论和实验研究.该直接膨胀式太阳能热泵热水器使用平板式无玻璃盖板蒸发/集热器,面积为2m,热水箱容量为150L.研究结果表明该系统平均月性能系数为4-6,集热器集热效率为40%~60%.[19]2[18][17][16]

GorozabelChataFB在蒸发/集热器没有玻璃盖板和有一层玻璃盖板两种情况下,利用不同的制冷剂对一种直接膨胀式太阳能热泵系统进行了理论研究.研究结果表明,在纯工质中R12作为工质的热性能最高,其次是R22和R134;在混合工质中,R410A的热性能比R407C和R404A的热性能要高,但是R410A的热性能比纯工质R134的热性能要低低15%~20%.并给出有一层玻璃盖板蒸发/集热器面积与压缩机功率在R134工质下相匹配的曲线图,为系统中压缩机匹配提供指导.

裴刚在他的博士论文中提出了一种新型的直接膨胀式太阳能热泵系统,即光伏!太阳能热泵系统.该太阳能热泵系统将光伏电池和直接膨胀式太阳能热泵系统的蒸发器有机结合在一起,形成PV蒸发器.PV蒸发器接收到的太阳辐照中,部分辐照被光伏电池通过光电转换形成电流输出,其他部分太阳辐照通过光热转换来做为热泵热源.研究结果表明:一方面由于热泵工质的蒸发作用,光伏电池工作在较低的温度范围,得到有效冷却,光电转换效率得以提高;另一方面,太阳辐射通过光热转换来做为热泵热源,提高了热泵循环的蒸发温度和蒸发压力,使得热泵性能得到提高.[21][20]

另外,HuangBJ、ItoS、KuangYH和HawladerMNA等也从不同的角度对直接膨胀式太阳能热

[22-27]泵进行了研究,并得出一些非常有用的结论,对直接膨胀式太阳能热泵的发展做出了贡献.

3 结论与展望,,