辐射对流热损对不可逆三热源太阳能热泵性能的影响.pdf

中国工程热物理学会 工程热力学与能源利用 学术会议论文 编号：091226 辐射对流热损对不可逆三热源太阳能热 泵性能的影响 张后程，吴兰梅，林国星* （厦门大学物理与机电工程学院,厦门 361005） TEL:0592-2183936，Email: gxlin@ 摘要：建立考虑集热器辐射和对流热损、有限速率热传导、工质内部不可逆性的三热源太阳能热泵循 环新模型，基于热力学分析方法，导出太阳能热泵系统总性能系数与集热器工作温度间的解析表达式。 进一步应用优化控制论和数值计算方法，探索集热器辐射、对流热损因子、有限速率热传导和工质内 不可逆参量等对太阳能热泵系统性能的定量影响，所得结论可为太阳能热泵优化设计及性能改善提供 参数设计参考。 关键词：太阳能热泵 集热器 辐射对流热损 内不可逆性 性能优化 0 引 言 太阳能热泵由低品位的太阳热能驱动，不耗费高品位功，对于节能和减少环境污染 具有重要意义，符合低碳经济和可持续发展战略，近年来备受青睐 [1-5]。太阳能热泵 由太阳能集热器和三热源热泵组成，太阳能集热器收集的太阳热能驱动三热源热泵运 行。由于太阳能集热器所处的环境温度总比集热器工作温度低，因而热损不可避免。当 集热器的工作温度较低时，主要以传导和对流方式损失热量；而当集热器的工作温度较 高时，集热器辐射损失也必须考虑。本文建立不可逆三热源太阳能热泵系统新模型，不 仅考虑集热器的对流、辐射热损，而且还考虑有限速率热传导和工质内部由于摩擦、涡 流和其它不可逆效应所引起的内不可逆性等，进一步深入探索多种不可逆性对太阳能热 泵系统优化性能的定量影响，所得结论更具普遍性，对太阳能吸收式、吸附式热泵等的 参数优化设计和性能改善有一定的参考价值。 1 不可逆三热源太阳能热泵系统 不可逆三热源太阳能热泵系统由太阳能集热器和以集热器为高温热源的不可逆三 热源热泵组成，如图 1 所示。图中 T 、T 和 T 分别是集热器、泵热空间和环境的温 h p e 度。考虑到热阻的影响，工质与热源间的热交换须在有限温差下进行，工质在三个等温 过程中的温度T 、T 和 T 与三个热源温度不同，设三个热交换率分别为q 、q 和 q ， 1 2 3 h p e 并满足牛顿传热律，则有 q KA (T −T ) (1) h h h 1 q KA (T −T ) (2) p p 2 p q KA (T −T ) (3) e e e 3 其中K 为工质与热源间的传热系数，A 、A 和A 分别是工质与三个热源间的热交换面 h p e 积，而总传热面积 A Ah +Ap +Ae (4)