基于太陽能光伏光熱組件的雙熱源熱泵機(jī)組的實(shí)驗(yàn)研究

陳劍波　孫坤　聶琳杰　陳雷田（上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院　上?！?0093；上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司　上?！?0083）

基于太陽能光伏光熱組件的雙熱源熱泵機(jī)組的實(shí)驗(yàn)研究

陳劍波1孫坤1聶琳杰1陳雷田2
（1上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院上海200093；2上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司上海200083）

本文基于太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出應(yīng)用太陽能光伏光熱及空氣源的雙熱源熱泵機(jī)組。使熱泵與太陽能光伏光熱組件結(jié)合組成太陽能熱泵系統(tǒng)，利用太陽能光伏光熱組件（PV/T）內(nèi)循環(huán)水及空氣源的能量制取生活熱水，同時(shí)降低太陽能光伏光熱組件內(nèi)循環(huán)水的溫度，從而降低太陽能光伏板的溫度。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得機(jī)組在水冷蒸發(fā)側(cè)進(jìn)水溫度20℃，熱水出水溫度50℃的額定工況下，制冷量為2.855 kW，制熱量為3.594 kW，COP為3.6。機(jī)組在水-水工況及水-風(fēng)工況下運(yùn)行的節(jié)能性研究結(jié)果表明，相對(duì)于單一空氣源熱泵，雙熱源熱泵機(jī)組在滿足家庭用生活熱水需求的前提下，利用熱泵技術(shù)回收太陽能光伏光熱的熱量制取生活熱水節(jié)能性顯著。

光伏；空氣源熱泵；制冷量；性能系數(shù)

從二十世紀(jì)七十年代開始，很多人就深入研究了太陽能熱泵系統(tǒng)。1955年，Sporn P等［1］通過實(shí)驗(yàn)研究提出了“直膨式太陽能熱泵”的概念。研究表明，直膨式集熱結(jié)構(gòu)可同時(shí)提高熱泵機(jī)組和太陽能集熱/蒸發(fā)器的性能。Chaturvedi S K等［2-3］通過研究指出，其他條件一定的情況下，壓縮機(jī)容量與集熱器面積是否匹配直接影響系統(tǒng)的熱力性能；減小壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（RPM）或增大集熱器面積雖然可以提高熱泵COP，但集熱器效率會(huì)顯著降低。通過對(duì)DX-SAHP的仿真研究，他指出，DX-SAHP的熱力性能深受壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、制冷劑性質(zhì)、負(fù)荷溫度以及集熱面積的影響。曠玉輝等［4-6］通過搭建太陽能熱泵供熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)太陽能冬季供暖工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，指出在整個(gè)供暖測(cè)試期內(nèi)，系統(tǒng)在未使用輔助熱源的情況下，熱泵機(jī)組平均供熱系數(shù)為2.55，整個(gè)系統(tǒng)平均供熱系數(shù)為2.19，并且集熱器的平均集熱效率高達(dá)67.2％。之后建立了直膨式太陽能熱泵熱水器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，蒸發(fā)器采用裸板式太陽能集熱器，在室內(nèi)模擬光源（0～1000 W/m2）下，對(duì)熱水器進(jìn)行性能測(cè)試，得出熱泵平均COP為4.18，熱水平均加熱功率為1.04 kW。裴剛［7］以R22為介質(zhì)設(shè)計(jì)了光伏—太陽能熱泵樣機(jī)（PV-SAHP）。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)研究，得出的結(jié)論是：與普通的光伏模塊相比，PV-SAHP系統(tǒng)的光電效率提高了16.3％。徐國(guó)英等［8］設(shè)計(jì)了采用普通銅管和多孔鋁扁管兩種集熱/蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的太陽能光伏光熱一體化熱泵系統(tǒng)，通過對(duì)兩種不同集熱結(jié)構(gòu)性能模擬及分析，得出結(jié)論是采用多孔鋁扁管集熱結(jié)構(gòu)比采用銅管集熱結(jié)構(gòu)電輸出功率約提高2％，采用多孔鋁扁管的熱泵系統(tǒng)的月平均COP在4.23～5.54之間，平均輸出電功率為82～133 W。Comakli O等［9］通過熱力學(xué)理論分析建立了分離式太陽能熱泵系統(tǒng)模型，指出熱泵的COP與太陽能集熱器的面積和蓄熱水箱的蓄熱材料和蓄熱水量的質(zhì)量都有很大關(guān)系。張超等［10］通過采用數(shù)學(xué)模擬的方式對(duì)太陽能-空氣雙熱源復(fù)合熱泵技術(shù)的制熱量與COP進(jìn)行了研究，結(jié)果表明太陽能-空氣源雙熱源復(fù)合熱泵系統(tǒng)的制熱量和COP均高于單一空氣源熱泵系統(tǒng)。關(guān)欣等［11］、穆志君等［12］分別通過實(shí)驗(yàn)方式對(duì)光伏熱水系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過冷卻光伏背板的溫度來對(duì)比PV/T系統(tǒng)與PV系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電效率。結(jié)果表明，在日照條件良好的天氣，PV/T組件比PV組件平均電效率可相對(duì)提高5.1％～9％。基于上海理工大學(xué)的光伏光熱一體化系統(tǒng)，本文研制了一臺(tái)雙熱源熱泵機(jī)組，并進(jìn)行了機(jī)組在水冷蒸發(fā)器側(cè)不同進(jìn)水溫度工況下制取相同溫度熱水的性能測(cè)試；機(jī)組在水冷蒸發(fā)器側(cè)相同進(jìn)水溫度工況下制取不同溫度熱水的性能測(cè)試；機(jī)組在水-水工況及水-風(fēng)工況下運(yùn)行的節(jié)能性研究。

圖1　雙熱源熱泵機(jī)組工作原理圖Fig.1 The working schematic of double heat source heat pump unit

1　雙熱源熱泵機(jī)組的工作原理

如圖1所示，本雙熱源熱泵機(jī)組是一種具有兩個(gè)獨(dú)立蒸發(fā)器（風(fēng)冷蒸發(fā)器、水冷蒸發(fā)器）制冷循環(huán)的熱泵系統(tǒng)［13］。當(dāng)有充足的太陽能可利用時(shí)，開啟調(diào)節(jié)閥2，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥1，熱泵機(jī)組采用水冷蒸發(fā)器制冷循環(huán)，利用太陽能來制取生活用熱水，同時(shí)降低光伏光熱板的溫度，提高光伏板發(fā)電效率。當(dāng)陰雨天或太陽能不足時(shí)，開啟調(diào)節(jié)閥1，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥2，開啟風(fēng)冷風(fēng)機(jī)，熱泵機(jī)組采用風(fēng)冷蒸發(fā)器制冷循環(huán)，利用空氣源來制取生活用熱水。

2　雙熱源熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)及太陽能光伏光熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1熱泵機(jī)組方案設(shè)計(jì)

雙熱源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。該系統(tǒng)主要部件包括壓縮機(jī)、冷凝器、水冷蒸發(fā)器、風(fēng)冷蒸發(fā)器、循環(huán)水冷卻泵、循環(huán)熱水泵、兩套外平衡熱力膨脹閥、兩套電磁閥、儲(chǔ)液器、干燥過濾器、高低壓保護(hù)開關(guān)等部件。

圖2　雙熱源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)原理圖Fig.2 The design schematic of dual heat source heat pump unit

2.2熱泵機(jī)組的自動(dòng)控制方式

作為實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，本文采用PLC作為熱水系統(tǒng)控制器。當(dāng)機(jī)組在水-水工況下運(yùn)行時(shí)，主要通過壓縮機(jī)啟停控制熱水出水溫度，通過集熱泵的啟停控制光伏光熱板冷卻水的進(jìn)水溫度；當(dāng)機(jī)組在水-風(fēng)工況下運(yùn)行時(shí)，主要通過壓縮機(jī)啟?？刂茻崴鏊疁囟龋ㄟ^風(fēng)冷蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)的調(diào)速來控制蒸發(fā)溫度。同時(shí)PLC控制器還實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開機(jī)和停機(jī)程序、系統(tǒng)多項(xiàng)安全保護(hù)等［14］。

2.3太陽能光伏光熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

如圖3所示，本系統(tǒng)是在上海理工大學(xué)原有的太陽能光伏光熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了雙熱源熱泵機(jī)組、循環(huán)水冷卻泵、循環(huán)熱水泵和熱水箱等部件。夏季或者過渡季節(jié)比較熱的工況下，原有的風(fēng)冷式散熱器不能有效降低蓄熱水箱的水溫度，隨著熱量的累積，水溫度越來越高，最后并不能有效降低光伏板的溫度，提高發(fā)電效率。雙熱源熱泵機(jī)組可以不斷把蓄熱水箱的熱量帶走，轉(zhuǎn)移到熱水箱，使蓄熱水箱的水溫保持恒定溫度，通過集熱泵不斷地降低光伏板的溫度，使之擁有較高的發(fā)電效率。

圖3　太陽能光伏光熱系統(tǒng)原理圖Fig.3 The schematic diagram of solar photovoltaic thermal system

3　實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容包括：機(jī)組在水冷蒸發(fā)器側(cè)不同進(jìn)水溫度工況下制取相同溫度熱水的性能測(cè)試；機(jī)組在水冷蒸發(fā)器側(cè)相同進(jìn)水溫度工況下制取不同溫度熱水的性能測(cè)試；機(jī)組在水-水工況及水-風(fēng)工況下運(yùn)行的節(jié)能性研究。

3.2實(shí)驗(yàn)工況

本雙熱源熱泵機(jī)組既可在水-水工況下運(yùn)行，又可在水-風(fēng)工況下運(yùn)行。因此，機(jī)組的運(yùn)行工況范圍可以達(dá)到水源熱泵機(jī)組運(yùn)行的工況，也可以達(dá)到空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)行的工況。由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19409— 2013《水 （地）源熱泵機(jī)組國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》［15］、GB/ T23137—2008《家用和類似用途的熱泵熱水器》［16］、GB/T21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機(jī)》［17］及實(shí)際應(yīng)用情況，確定實(shí)驗(yàn)測(cè)試工況：冷凝器水側(cè)熱水出水溫度為45℃、50℃、55℃三個(gè)工況；水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度工況分別為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃；室外側(cè)模擬環(huán)境溫度工況分別為-7℃、-5℃、2℃、7℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃。

3.3實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)是在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)焓差綜合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的。該實(shí)驗(yàn)室可以提供兩路穩(wěn)定的水系統(tǒng)及恒定的室外環(huán)境，以保證機(jī)組在上文提出的實(shí)驗(yàn)工況下運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器等重要部件上布置有溫度和壓力測(cè)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集儀和樣機(jī)顯示屏上讀取其數(shù)據(jù)；在焓差實(shí)驗(yàn)室室外側(cè)布置空氣溫濕度測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)樣機(jī)運(yùn)行時(shí)環(huán)境工況的變化；采用數(shù)字功率表記錄被測(cè)樣機(jī)的電壓、電流、功率等。采用數(shù)據(jù)庫的方式保存數(shù)據(jù)，便于隨時(shí)查詢、顯示和調(diào)用。

3.4不同水溫工況下制取50℃熱水的實(shí)驗(yàn)分析

圖4所示為壓縮機(jī)吸排氣壓力隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的變化。由圖4可知，隨著水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的升高，壓縮機(jī)的吸排氣壓力略有上升，但總體上變化不大，最后，吸氣壓力穩(wěn)定在0.43 MPa左右，排氣壓力穩(wěn)定在1.95 MPa左右。

圖4　壓縮機(jī)吸排氣壓力隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度變化Fig.4 The aspiration and exhaust pressure of compressor varied with inlet water temperature of the evaporator

圖5所示為壓縮機(jī)吸排氣溫度隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的變化。由圖5可知，壓縮機(jī)的吸排氣溫度隨水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的升高而升高，當(dāng)水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度低于25℃時(shí)，壓縮機(jī)的吸排氣溫度曲線變化比較平緩，但當(dāng)水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度高于25℃時(shí)，曲線的升高趨勢(shì)變化比較劇烈。當(dāng)蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度達(dá)到30℃時(shí)，壓縮機(jī)的吸氣溫度達(dá)到23.6℃，排氣溫度達(dá)到82℃。

圖6所示為機(jī)組制熱（冷）量和耗功率隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度變化。由圖6可知，機(jī)組的制熱量、制冷量均隨水冷蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的升高逐漸升高。當(dāng)水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度達(dá)到30℃時(shí)，機(jī)組的制熱量為5.221 kW，制冷量為4.607 kW。當(dāng)機(jī)組蒸發(fā)側(cè)進(jìn)水溫度為低溫10℃時(shí)，機(jī)組的制熱量為2.409 kW，仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組的耗功率隨著蒸發(fā)側(cè)進(jìn)水溫度的升高有緩慢上升趨勢(shì)，最終基本穩(wěn)定在1.032 kW左右，說明機(jī)組在蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度10～30℃范圍內(nèi)的不同工況下運(yùn)行，是比較穩(wěn)定的。

圖5　壓縮機(jī)吸排氣溫度隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度變化Fig.5 The aspiration and exhaust temperature of compressor varied with inlet water temperature of the evaporator

圖6　機(jī)組制熱（冷）量和耗功率隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度變化Fig.6 The heating（cooling）capacity and power of the unit varied with inlet water temperature of the evaporator

3.5水溫20℃工況下制取不同溫度熱水的實(shí)驗(yàn)分析

圖7所示為壓縮機(jī)吸排氣壓力隨出水溫度變化。由圖7可知，隨著機(jī)組制熱水溫度的升高，機(jī)組的排氣壓力不斷升高，在制熱水溫度為50℃時(shí)，機(jī)組的排氣壓力達(dá)到1.802 MPa；而機(jī)組的吸氣壓力隨著機(jī)組熱水溫度的升高趨勢(shì)不是很明顯，基本維持在0.358 MPa左右。

圖7　壓縮機(jī)吸排氣壓力隨出水溫度變化Fig.7 The aspiration and exhaust pressure of compressor varied with the temperature of the outlet water

圖8　壓縮機(jī)吸排氣溫度隨出水溫度變化Fig.8 The aspiration and exhaust temperature of compressor varied with the temperature of the outlet water

圖8所示為壓縮機(jī)吸排氣溫度隨出水溫度變化。由圖8可知，機(jī)組的排氣溫度隨著機(jī)組制熱水溫度的升高而升高，當(dāng)機(jī)組制熱水溫度為55℃時(shí)，機(jī)組的排氣溫度為66.8℃。機(jī)組的吸氣溫度隨機(jī)組制熱水溫度的升高呈現(xiàn)略微升高趨勢(shì)，最后達(dá)到13.1℃。

圖9所示為機(jī)組的制熱（冷）量和耗功率隨出水溫度變化。由圖9可知，隨著機(jī)組制取熱水溫度的升高，機(jī)組的制熱量、制冷量均逐漸降低。當(dāng)機(jī)組出水溫度為50℃時(shí)，機(jī)組的制冷量為2.855 kW，符合設(shè)計(jì)要求的2.5 kW額定制冷量，此時(shí)機(jī)組的制熱量達(dá)到3.594 kW，高效制取了生活熱水。機(jī)組的耗功率隨著機(jī)組制熱水溫度的升高而增大，當(dāng)機(jī)組制取熱水的溫度達(dá)到55℃時(shí)，機(jī)組的耗功率為1.074 kW。

3.6雙熱源熱泵機(jī)組的能效分析

圖10所示為機(jī)組COP隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的變化。由圖10可知，隨著蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的升高，機(jī)組的COP也隨之升高。當(dāng)機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度為額定工況20℃，熱水出水溫度為50℃時(shí)，機(jī)組的COP達(dá)到3.6。當(dāng)進(jìn)入機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)的水溫為比較低的10℃，制取50℃的熱水時(shí)，機(jī)組的 COP為2.63，此時(shí)機(jī)組依然可以有效地制取生活熱水。當(dāng)蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度達(dá)到30℃，制取熱水溫度為50℃時(shí)，機(jī)組的COP達(dá)到5.05，在此工況下運(yùn)行，機(jī)組不僅穩(wěn)定可靠，而且十分高效。

圖9　機(jī)組的制熱（冷）量和耗功率隨出水溫度變化Fig.9 The heating（cooling）capacity and power of the unit varied with the temperature of the outlet water

圖10　機(jī)組COP隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的變化Fig.10 The COP of the unit varied with inlet water temperature of the evaporator

3.7雙熱源熱泵機(jī)組的節(jié)能性分析

圖11所示為機(jī)組COP隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度或環(huán)境溫度的變化。由圖11可知，隨著雙熱源熱泵機(jī)組水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度或環(huán)境溫度的升高，機(jī)組COP會(huì)隨之升高。當(dāng)溫度大于20℃時(shí)，水-水工況下的COP性能曲線比水-風(fēng)工況下的COP性能曲線變化劇烈。當(dāng)溫度小于20℃時(shí)，兩種工況下的COP性能曲線變化趨勢(shì)相同，且兩曲線相近。

圖11　機(jī)組COP隨蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度或環(huán)境溫度變化Fig.11 The COP of the unit varied with inlet temperature ofthe evaporator side water or outside temperature

由上海地區(qū)全年氣象參數(shù)及上海理工大學(xué)太陽能光伏光熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，全年太陽能光伏光熱板溫度超過25℃的天數(shù)比例約為80.7％。全年工況下，雙熱源熱泵機(jī)組有將近270 d可以利用太陽能高效制取生活用熱水，同時(shí)降低太陽能光伏光熱板溫度，提高發(fā)電效率，達(dá)到雙重節(jié)能效果。

在冬季時(shí)，環(huán)境溫度一般都遠(yuǎn)低于10℃，甚至達(dá)到0℃以下。此時(shí)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，即使蒸發(fā)測(cè)進(jìn)水溫度為最低溫度10℃時(shí)，水-水工況下的COP值也大于水-風(fēng)工況下的COP值。12月太陽能光伏光熱板溫度超過15℃的天數(shù)比例為67.7％，1月為57.2％，3月為77.8％。即使在冬季最冷的1月，機(jī)組也有將近18 d可以較高效利用太陽能制取生活用熱水，同時(shí)更好地解決空氣源熱泵在較低溫度下運(yùn)行時(shí)需要除霜的問題。

在陰雨天太陽能不能滿足制取生活用熱水時(shí)，可開啟機(jī)組水-風(fēng)側(cè)，此時(shí)機(jī)組以空氣源熱泵工作。這樣，機(jī)組既可以保證常年不間斷供應(yīng)生活用熱水，也達(dá)到最大程度的節(jié)能性。

圖12　水箱溫度隨時(shí)間的變化Fig.12 The water tank temperature varied with time

圖12所示為雙熱源熱泵機(jī)組應(yīng)用在太陽能光伏光熱系統(tǒng)中水箱溫度隨時(shí)間的變化。由圖12可知，7：45時(shí)刻開啟雙熱源熱泵機(jī)組，在7：45～11：45期間未對(duì)PV/T組件進(jìn)行降溫時(shí)，500 L蓄熱水箱的水溫度從26.77℃降低到17.54℃，降低了9℃。11：45時(shí)刻開啟集熱泵，對(duì)PV/T組件進(jìn)行降溫，在12：00～14：15時(shí)，蓄熱水箱的水溫度從19.45℃上升到23.99℃，增加了4℃左右，說明經(jīng)過2 h溫度升高4℃進(jìn)行了蓄熱；在14：30～17：30期間從23.95℃下降到20.22℃，下降了3.7℃左右，蓄熱水箱的水溫度基本維持在22℃左右，蓄熱水箱水溫的基本恒定確保了機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行，且運(yùn)行范圍符合要求10～30℃之間。熱水水箱水溫度從30℃升高到50℃需要1.5 h左右，經(jīng)過計(jì)算，20 L熱水水箱的熱量為2.6 kW，選型時(shí)的額定制冷量2.5 kW的設(shè)計(jì)選型基本滿足。從7：45開雙源熱泵機(jī)組到17：30停機(jī)共10 h的工作時(shí)間內(nèi)，機(jī)組基本可以運(yùn)行4個(gè)周期，制得800 L熱水。

4　結(jié)論

1）本文分別對(duì)雙熱源熱泵機(jī)組在不同水溫工況下制取50℃熱水和水溫20℃工況下制取不同溫度熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過對(duì)機(jī)組壓縮機(jī)的吸排氣壓力和溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，雙熱源熱泵機(jī)組在水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度范圍為10～30℃，制取45～55℃生活用熱水時(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

2）對(duì)機(jī)組在水溫20℃工況下制取不同溫度熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，由機(jī)組的制冷量、制熱量和功率實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，在水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度20℃，熱水出水溫度50℃設(shè)計(jì)工況下，機(jī)組的制熱量為3.594 kW，制冷量為2.855 kW，COP達(dá)到3.6，滿足樣機(jī)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、高效。

3）分別對(duì)機(jī)組在水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度10～30℃工況下制取45～55℃熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，由機(jī)組的COP實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，隨著水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度的升高，機(jī)組的COP上升。當(dāng)進(jìn)入機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)的水溫為較低的10℃、制取熱水的溫度為50℃時(shí)，機(jī)組的COP為2.63。當(dāng)蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度達(dá)到30℃、制取熱水溫度為50℃時(shí)，機(jī)組的COP達(dá)到5.05，說明機(jī)組具有高能效性。

4）分別對(duì)機(jī)組在水冷蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水溫度10～30℃下制取50℃熱水和環(huán)境溫度-7～30℃下制取50℃熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過對(duì)機(jī)組的COP實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和上海地區(qū)的氣象參數(shù)分析比較可知，雙熱源熱泵機(jī)組比單一的空氣源熱泵機(jī)組具有高效性和節(jié)能性。同時(shí)，機(jī)組能保證一年四季不間斷提供生活用熱水，達(dá)到最大節(jié)能性。對(duì)機(jī)組應(yīng)用在太陽能光伏光熱系統(tǒng)中蓄熱水箱和熱水箱水溫的變化進(jìn)行研究，由水箱水溫變化結(jié)果分析可知，機(jī)組能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，并且滿足設(shè)計(jì)要求。

本文受上海市太陽能分布式發(fā)電前端集成技術(shù)研究與示范項(xiàng)目（CXY-2013-49）和滬江基金（D14003）項(xiàng)目資助。（The project was supported by the Shanghai Technology Research and Demonstration Program of Solar Distributed Generation Front Integration （No.CXY-2013-49）and the Hujiang Fund（No.D14003）.）

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About the corresponding author

Sun Kun，male，master degree candidate，School of Environment &Architecture，University of Shanghai for Science&Technology，+86 18301976852，E-mail：skhndc@163.com.Research fields：solar，indoor air purification.

Experimental Research of Dual-source Heat Pump Unit Based on Solar Photovoltaic and Photothermal Component

Chen Jianbo1Sun Kun1Nie Linjie1Chen Leitian2
（1.School of Environment&Architecture，University of Shanghai for Science&Technology，Shanghai，200093，China；2.Shanghai AnYo Energy-Efficiency Technology Co.，Ltd.，Shanghai，200083，China）

Based on the solar photovoltaic-thermal integrated system，we designed a dual-source，i.e.，solar photovoltaic-thermal and air source，heat pump unit.The unit becomes solar assisted heat pump system when combined with solar photovoltaic thermal unit，which produces domestic hot water by air source and circulating water in the solar photovoltaic solar-thermal components（PV/T）and reduces circulating water temperature and solar photovoltaic panel temperature.We drew the conclusion by experiment that when the inflow water temperature is 20℃ on the evaporation side and the outflow hot water temperature is 50℃ under the rated conditions，the unit capacity is 2.855 kW for refrigeration and 3.594 kW for heating，and the COP is 3.6.When the unit operates in the water-water condition and water-air condition，the experiment result shows the dual-source heat pump unit has remarkable energy-saving compared with single air source heat pump when the photovoltaic-thermal solar heat is used for domestic hot water.

solar potovoltaic；air-source heat pump；refrigerating capacity；coefficient of performance

TQ051.5；TK511.3

A

0253-4339（2015）05-0049-07

10.3969/j.issn.0253-4339.2015.05.049

2015年1月14日

簡(jiǎn)介

孫坤，男，在讀碩士研究生，上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，18301976852，E-mail：skhndc@163.com。研究方向：太陽能，室內(nèi)空氣凈化。