太阳能地源热泵式空调系统研究

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1、第28卷第4期阳能学报Vol.28,No.4200'7年4月ENERGIAESOLARISSINIGAApr.,2007文章编号:0254-0096(2007)04-0416-05太阳能地源热泵式空调系统研究宫克勤’，刘逸，，刘丹，，姜文英“(1.大庆石油学院土木建筑工程学院，大庆163318;2.大庆油田物业集团万方工程技术设计院，大庆163318)摘要:提出了太阳能地源热泵式空调系统的概念，研究了该系统的工作原理。对热管式太阳能集热器和地源热泵的热力计算方法进行了理论分析;结合工程实例，介绍

2、了太阳能地源热泵式空调系统的设计思路和运行方式。关键词:太阳能;地源热泵;空调中图分类号:TK511文献标识码:A量通过吸热板传导到铜热虹吸管。根据热管原理，0引言热量从铜热虹吸管的蒸发段传递到冷凝段，并通过由于太阳能受环境等因素影响较大，热流密度导热块将热量传递到集热器的保温盒内。低，导致各种形式的太阳能直接利用系统在应用上1.2热管式真空管集热器传热模型受到一定限制。尤其是在严寒地区，单独利用太阳在热管式真空管集热器传热计算过程中，作如能对建筑物进行供暖，一般很难满足要求[‘〕。热泵下假设[

3、3]:技术中受到一定重视。1)忽略真空管内空气对流和热传导损失;本文所提出的太阳能地源热泵式空调系统的太2)真空管玻璃外壳和周围环境的传热系数hg_8阳集热部件采用热管式真空管集热器，地热能的提为常数;取采用地源热泵机组，能量输出采用风机盘管。本3)真空管总热损系数UL在一定温度范围内为系统实现了太阳集热器、地源热泵和空调的有机结常数;合，可满足对建筑物进行冬季供暖和夏季制冷的要4)忽略铜热管管壁以及导热块的传导热阻;求，同时也可满足生活用热水的需要。5)忽略吸热板与热管蒸发段之间的接触热阻及1

4、热管式真空管集热器导热块与热管冷凝段之间的接触热阻;6)热管内传热介质(蒸汽)的温度均匀一致。在设计过程中，综合考虑集热器的防冻、承压、1.3热管式真空管集热器的传热计算换热效率等技术要求，选用热管式真空管集热器。热管式真空管集热器的基本传热方程有[3]:1.1热管式真空管集热器的结构与工作原理1)真空管集热器热平衡方程热管式真空管集热器的结构如图1所示。其工单位时间内集热器得到的有用能Qu等于集热作原理为:当太阳光透过外层玻璃照射到选择性吸器吸收的太阳辐射能s减去集热器向周围环境散失收涂层时，

5、选择性吸收涂层将辐射能转化为热能，热冷凝段选择性吸收涂层吸热板的能量口L，即:Qu=S一QL(1)把S和Q。的表达式代人(1)式，得:Qu=API(二)一APUL(TP一T.)(2)铜热管外玻璃管内玻璃管真空层式中，AP—吸热板的面积;I—太阳辐射强度;图1热管式真空管集热器示意图T—外层玻璃的透射率;a—吸收涂层的吸收Fig.1Heating-pipetypevacuumheatcollector率;从—热管式真空管集热器的总热损系数;收稿日期:2005-10-274期宫克勤等:太阳能地源热泵

6、式空调系统研究几—吸热板的温度;Ta—管外空气温度。切换到逆向循环，蒸发器2转变为冷凝器，冷凝器42)真空管集热器总热损系数认转变为蒸发器，从而埋地换热器与热泵机组冷凝器真空管集热器总热损系数U。可由(3)式求得:相接，室内冷冻水管与蒸发器相接，通过制冷剂循环，不断将室内热量释放到地下土壤中。U,={〕(3)h---h}1_o)2.2埋地换热器设计与施工式中，h。一。—玻璃管与周围环境的传热系数，可以埋地换热器和水平联管均采用聚乙烯管，竖直通过设计手册查取;hp-9—玻璃管与吸热板的传管按U型

7、并联布置。从理论上来说，垂直钻孔的间热系数。隔越大，孔间传热相互影响越小。但由于受场地限制，不能取得过大，参考北美的设计指南，一般取为hp一，=(4)1+2李(-1一1)5一6m时孔间传热相互影响已经足够小。通常钻孔Ep八BEg越深，直径越大，埋地换热器的换热效果越好，但从式中，。—玻尔兹曼辐射常数;TV,—外层玻璃的经济角度和下管的方便性来考虑，钻孔深度一般为温度;Ep,Eg—吸热板与外层玻璃管的黑度;40一80m，钻孔直径一般为0.15一0.50m151。埋地换Ag—外层玻璃管的面积。热器回

8、路如图3所示。热管式真空管集热器的瞬时效率为:，=李!(。)一U,,Tp,Tel(5).1s一式中，As—真空管的采光面积。3)真空管集热器的设计面积真空管集热器的设计面积可由(6)式确定:图3埋地换热器回路Fig.3DownholeheatexchangercircularrouteF二一交-(6)QoX70回填材料的导热性和流动性对U型管埋地换热式中，Q—建筑物供暖热负荷;Qo—每平方米集器的换热性能有较大影响，通常在回填材料中使用热器理论集热量;，。—集热器平均瞬时效率。含大颗粒骨料的粗沙