شبيه‌ سازي عملكرد حرارتي سيستم پمپ حرارتي خورشيدي انبساط مستقيم جهت گرمايش آب در شرايط اقليمي شهر كرمانشاه

Simulation study on the thermal performance of a direct-expansion solar-assisted heat pump for water heating in Kermanshah climate

سيستم‌هاي پمپ حرارتي خورشيدي انبساط مستقيم، امروزه به صورت گسترده جهت گرمايش آب مصرفي ساختمان‌ها و مراكز صنعتي، گرمايش فضاهاي خانگي و صنعتي و همچنين در صنعت تهويه مطبوع، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين سيستم‌ها عمل انتقال انرژي از منبع با دماي كمتر به منبع با دماي بيشتر را انجام مي‌دهند. در سيستم پمپ حرارتي خورشيدي انبساط مستقيم، به منظور انتقال بهينه‌ي گرماي ناشي از تابش خورشيدي به مبرد، از كلكتور خورشيدي صفحه تخت به عنوان تبخيركننده استفاده مي‌شود. در اين مقاله، با استفاده از شبيه سازي عددي، اثر تعداد پوشش كلكتور خورشيدي بر عملكرد حرارتي سيستم پمپ حرارتي خورشيدي انبساط مستقيم مطالعه شده و همچنين عملكرد حرارتي بلند مدت سيستم به منظور گرمايش آب خانگي يك منزل مسكوني در شهركرمانشاه، مورد بررسي قرار گرفته است. سيستم شامل يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت با مساحت 4 مترمربع، يك تانك ذخيره آب گرم به حجم 150 ليتر، يك كمپرسور چرخشي نوع هرمتيك و يك شيرانبساط ترموستاتيكي بوده و سيال عامل مورد استفاده در سيستم، مبرد R134a مي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهند كه در شرايط آب و هوايي شهر كرمانشاه، تعداد ساعات كاركرد سيستم در طول ماه‌هاي مختلف بين 37 تا 130 ساعت متغير بوده و همچنين ميانگين ماهانه ضريب عملكرد گرمايي سيستم و بازده كلكتور خورشيدي به ترتيب بين مقادير 3.96 تا 6.71 و 68 تا 99 درصد متغير مي‌باشد. همچنين تاثير پارامترهاي مختلف از جمله تابش خورشيدي، دماي محيط، دماي تبخير و چگالش، مساحت سطح كلكتور، سرعت كمپرسور و سرعت باد نيز بر عملكرد حرارتي اين سيستم مورد بررسي قرار گرفته است.

Direct-expansion solar-assisted heat pumps (DX-SAHP) have been used widely to heat the water consumed by buildings and industrial facilities, domestic and industrial space heating and also, air conditioning. These systems transfer energy from lower temperature source to a higher temperature source. In DX-SAHP systems, in order to optimize the heat transfer of solar radiation to the refrigerant, the flat plate solar collector is used as the evaporator. In this paper, the effect of the number of collector cover has been studied on the thermal performance of the DX-SAHP system using numerical simulation and also the thermal performance of the system has been analyzed for heating the water of a house in Kermanshah. The system mainly employs a bare ?at-plate solar collector with a surface area of 4 m2, a hot water tank with the volume of 150 L, a rotary-type hermetic compressor, a thermostatic expansion valve and R-134a are also used as working ?uid in the system. The results show that the hours of system operation, during different months in the climate of Kermanshah vary between 37 to 130 hours and the monthly average COP and the solar collector efficiency vary between 3.96 to 6.71 and 68 to 99 percent respectively. The effect of various parameters, including solar radiation, ambient temperature, evaporating and condensing temperature, collector area, compressor speed and wind speed have been analyzed on the thermal performance of the system.