Термодинамический анализ и оценка характеристик солнечно-ассистированной высокотемпературной теплонасосной системы со смазочными материалами

Традиционный высокотемпературный пар (≥100 °C), используемый для отопления, обычно вырабатывается угольными, газовыми или электрическими котлами, однако такие системы характеризуются относительно низкой эффективностью нагрева. Солнечно-ассистированная воздушная компрессионная теплонасосная система может играть ключевую роль в получении высокотемпературного пара и снижении выбросов углерода. На основе концепции каскадного использования и производства энергии предложена новая солнечно-ассистированная теплонасосная система со встроенным двухисточниковым двухступенчатым компрессионным теплонасосным циклом (SAHP-DTC) для производства высокотемпературного пара; в качестве хладагента используется R1336mzz(Z). В новой системе квазидвухступенчатое сжатие с впрыском пара, сопряжённое с многоохлаждаемым теплообменником, применяется для формирования воздушного квазидвухступенчатого компрессионного теплонасосного цикла, солнечно-ассистированного двухисточникового квазидвухступенчатого компрессионного теплонасосного цикла и солнечно-ассистированного компрессионного теплонасосного цикла с каскадным нагревом, что позволяет повысить вклад низкопотенциальной энергии в эффективность нагрева. Кроме того, экспериментально исследована совместимость хладагента со смазочными материалами и построены диаграммы «давление–энтальпия» для смеси хладагента со смазочным материалом. Результаты показывают, что при круглосуточной эксплуатации для производства пара температурой 110 °C предложенная система может повысить средний коэффициент преобразования энергии при нагреве (COP) на 5,41% и 3,85% в типичный зимний день в Пекине и Шэньяне соответственно по сравнению с традиционной воздушной квазидвухступенчатой компрессионной теплонасосной системой. Для высокотемпературной теплонасосной системы на основе R1336mzz(Z) рекомендуется использовать полиэфирное масло для повышения её тепловых характеристик. При заданных условиях эксплуатации срок окупаемости предложенной системы составляет 8 лет, а сама система позволяет существенно сократить выбросы парниковых газов.