热泵热水器系统优化计算及实验研究

等组成 。储 水单元 为聚氨酯 整体发泡 的保 温水箱 ，主机 同水箱
之间采用 水管连 接。系统循环 原理 图如图 １ 所示 ，在开启 闪蒸
需要全年制取 热水 ， 热泵热水器的压缩机必须进行特别 的设计 ， 尤其 是在低 温寒 冷地带 ，热水需求 更大 ，但是 由于技术 和性价 比等各方面 的原 因 ， 空气源热泵热水器 的使用并不普遍 。目前 ， 热泵热水器仅广泛使用在 Ｏ ℃以上 的区域 。为了解决上述 问题 ，
环 把空气 中贮存 的热 量加 以发 掘利用来 制取热水 ，它的工作 原
理 与热泵空 调器 的工作 原理相 同 ，只是热 泵空调是从 环境 中吸 取热 量供给 室内空气 ，而热泵热水 器是 以这 部分热量来 加热 自
来水 ，其优点 是耗能少 ，以一 般热泵 的 Ｃ Ｐ ３ 计 算 ，热泵 Ｏ 为 ． ０
试验表 明，该系 统相对常规机型在低温下 的性能大幅提升 ，在 一 ５Ｃ的环境下制热量可 以提 高近 ４％。在低温环境下 ，采 １￣ ０ 用中间补气方式 ，机组 的制热量随热水温度不 同提 升幅度 也不同 。特 别说明的是 ，中间补气量及 中间压力 的合理调控 ，对系统 各个阶段的制热量提升至关重要 。 关键 词 ：双级压缩；中间补气 ；热泵热水器
２实验样机
为了研究双级 压缩热泵热 水器在低温 下的运行性 能 ，我们 采用 Ｒ １ Ａ双级压缩 机试装 了一套样 机 ，机组包括热泵 主机与 ４０ 保温水箱 。 室外单元 由带喷射 口的双级压缩机 、 四通 阀、 闪蒸器 、
一
级 与二级节 流电子膨胀 阀 、电磁 阀、蒸 发器 、套 管 以及水 泵
制热量可按 下式计算 ：
９ ｐ Ｃ △ ＾＝ ： ｐ ｃ （．— Ｉ ２ ． ）

双级压缩高温热泵换热器优化设计研究大连理工大学张吉礼哈尔滨工业大学赵天怡摘要: 提出了一种换热器结构优化设计方法，包括换热器型号及换热面积优化设计方法，并以典型的双级高温热泵系统为例，进行了设计方法的实践。

仿真结果表明，该设计方法是解决热泵及制冷系统中单一部件结构参数间不匹配性的有效途径；在系统性能不变的前提下，优化设计后的系统换热器总面积降低了8.6%，蒸发器换热管总管数降低了35.5%，优化效果显著。

关键词: 高温热泵；换热器；设计方法；仿真；优化1 引言对于制冷热泵厂家，换热器的设计、加工制造已变得非常重要，特别是无压缩机设计生产能力的厂家，换热器已成为提高机组性能、降低机组加工成本的重要对象。

对于高温热泵而言，由于其蒸发温度和冷凝温度之差一般大于普通热泵，导致其循环效率低于普通热泵，这就更需要对高温热泵换热器进行优化设计，最大可能地提高COP。

在实际热泵机组设计开发过程中，无论是具有换热器设计生产能力还是直接购入换热器的企业，基本都采取以下做法。

首先根据设计工况，确定换热器型号，设计加工或购进换热器；将压缩机、换热器、节流机构和其它部件组装成整机；然后进行整机性能测试；若机组性能达到设计目标，则整个开发过程结束，若机组性能达不到预期目标，则更换某一部件重复上述过程。

由于上述方法缺乏对换热器的优化设计过程，通常低效、耗时、且很难达到理想的系统性能。

因此，面向厂家热泵或制冷机组设计阶段，按需提出合适的换热器优化设计方法是一项重要的研究工作换热器的结构形式与换热面积均对机组性能有着不同程度的影响。

由于管壳式换热器长径比的限制，出现了同一换热面积对应多个换热器型号的情况，在满足相同的设计制热量(或制冷量)的前提下，不同型号的冷凝器(蒸发器)由于换热管布置方式不同，其对应的换热面积，长径比及系统性能参数值(制热系数COP，水侧阻力等)有着一定差别。

所以，在一定换热面积范围内，如何选择换热器型号使得系统性能参数达到综合最优，是一个值得考虑的问题。

太阳能热泵热水系统优化设计与经济性分析的开题
报告
一、选题背景和意义
随着能源消耗与环境问题的日益严重，太阳能热泵热水系统已成为绿色节能建筑的主要解决方案之一。

在太阳能热泵热水系统的设计过程中，如何优化系统的设计，进一步提高其热效率，降低能耗，提高经济性，是一个重要的研究议题。

二、研究目的和内容
研究目的：通过应用现代化的计算机仿真技术，对太阳能热泵热水系统的设计进行优化，提高其热效率、降低能耗，最终实现系统经济性的提高。

研究内容：建立太阳能热泵热水系统的数学模型，采用数值计算方法和仿真技术对系统进行优化设计。

通过对系统热效率和能耗的计算，分析系统的经济性和环保性能，从而得出最优的系统设计方案。

三、研究方法和技术
研究方法：采用数值计算方法和仿真技术，建立太阳能热泵热水系统的数学模型，通过多种设计方案的计算和分析，获得最优的系统设计方案。

研究技术：利用现代计算机软件，如TRNSYS、EES等，建立太阳能热泵热水系统的数学模型，进行多种方案的计算和分析，分析系统的经济性和环保性能，并对系统的设计进行优化。

四、预期成果和意义
预期成果：得出太阳能热泵热水系统的最优设计方案，并对系统的
经济性和环保性能进行分析和评估，为该领域的研究提供一定的理论基
础和实践经验。

意义：通过对太阳能热泵热水系统的优化设计，可以提高其热效率、降低能耗，进一步推广太阳能热泵热水系统的应用，实现节能减排的目标。

同时，该研究也具有一定的理论价值和实用价值。

２００１年开始，上海交通大学制冷与低温工程研 究所在直膨式太阳能热泵热水器的样机开发方面做 了大量系统、详实的工作［１。］。２００４年底，已研制出
∞Ｐ更高的实验样机，目前已开展了较有成效的研
究工作‘６｜。
１直膨式太阳能热泵热水器实验装置
图１是实验样机实物照片，除太阳集热／蒸发器 （下文简称“集热板”）外，直膨式太阳能热泵热水器 系统的其余部件与常规热泵系统完全相同，极具商 品化潜力。制冷剂作为太阳集热介质直接在集热板 中吸收环境中的热量（太阳能、空气热）而蒸发，然后 通过热泵循环将冷凝热释放给水箱内被加热的水。 由于本热泵系统的蒸发器与太阳集热器是合二为一
缩机（其有效能损失系数，系统Ａ为４０％，系统Ｂ为３４％）和太阳集热／蒸发器（其有效能损失系数，系统Ａ为２１％，
系统Ｂ为３７％）为最大，然后依次是冷凝器（其有效能损失系数，系统Ａ为１１％，系统Ｂ为８％）和热力膨胀阀（其有
效能损失系数，系统Ａ和系统Ｂ均为５％）。因此，压缩机的合理选配、集热器的优化设计是提高太阳能热泵热水器
ＡＣＴＡ ＥＮＥＲＧＩＡＥ鲫ＡＲＩＳ ＳｌＮＩＣＡ
Ｖ０１．２８．Ｎｏ．５ Ｍａｙ．，２００７
直膨式太阳能热泵热水器 热力性能分析及优化设计
李郁武，王如竹，王泰华，吴静怡，许煜雄
（上海交通大学制冷与低温工程研究所，教育部太阳能发电及制冷工程研究中心，上海２０００３０）
摘要：针对“直膨式太阳能热泵热水器”７５０ｗ实验样机（系统Ａ）进行了过渡季节运行工况下的实验研究，根据
１）集热板 ．
，。．。＝Ｅ脚＋［Ｅ。一ｆ—Ｅ。一ｆ］
＝．Ｅｆａｄ＋（凰一日。）一％（Ｓ。一Ｓ，）＋Ｅ．ｍ—ｆ—Ｅ伽ｔ—ｆ
＝ｋ＋（日。一巩）一％（Ｓ。一Ｓ：）（１０）
３）冷凝器