太阳能作为一种可广泛应用的清洁可再生能源,得到了越来越多国家和科研人员的注意。直膨式太阳能热泵(Direct expansion solar assisted heat pump,DX-SAHP)技术将太阳能利用技术和热泵技术相结合,既可以有效的解决太阳能间歇性和阴雨天等使用问题,又可以提高热泵系统的性能。直膨式太阳能热泵系统将系统的集热器和蒸发器有机结合,合二为一,进而得到更高的集热量和集热效率,相对于间接式系统进一步提高系统性能系数(Coefficient of performance,COP)。本文通过搭建R290 DX-SAHP实验平台,并对实验平台在自然环境工况下进行了全年的实验研究,验证了 R290 DX-SAHP系统的系统性能,分析了 R290直膨式太阳能热泵热水器的运行特征及各参数变化的影响。主要研究内容如下:设计并搭建了以环保工质R290为制冷工质的微通道DX-SAHP热水器实验系统。它主要由热泵本体(微通道集热/蒸发器、R290压缩机、微通道冷凝器、蓄热水箱和电子膨胀阀等)和数据采集控制系统两大部分组成。本文对热泵实验平台的工作原理和系统设计、选型和搭建过程进行了阐述,主要包括热泵系统四大部件结构参数、型号等介绍,数据采集控制系统的工作原理与组成,对总辐射表、压力传感器、温度传感器、风速计、湿度传感器、功率计、数据采集控制器等硬件设备和传感器的介绍。利用组态王软件编写系统控制程序和采集录入实验数据,以实现对热泵实验平台的控制(膨胀阀开度调整,系统启动与停机)、环境参数以及运行参数的监控、采集与存储。通过全年工况实验研究和对大量实验数据分析,证明了 R290微通道DX-SAHP系统具有优秀的性能。实验研究结果表明,实验系统在全年工况条件运行的高效性和安全性。在全工况运行条件下,系统制热功率最大为2140.5 W,最小为739.6 W,全年平均制热功率1358.6 W,系统COP最大为5.99,最小为2.04,全年平均COP为3.88。在春季和秋季工况下系统运行情况类似,系统COP维持在3.5以上,即使在冬季恶劣工况下,系统平均COP依然可以达到3.0,夏季工况下系统性能优异,COP值保持在5.0左右,最高达到5.99。此外,通过与R134a DX-SAHP系统对比进行试验表明,R290制冷剂在直膨式太阳能热泵系统中的性能与R134a制冷剂性能相似。因此可以验证R290制冷剂可以应用于直膨式太阳能热泵系统中,并且可以提供良好系统性能。R290具有可燃性,所以充注量研究至关重要。因此,本文对R290微通道DX-SAHP系统进行了充注量实验研究。研究结果表明,在一定条件下,制冷剂充注量的增加将提高DX-SAHP系统的COP,加热功率,压缩机功率,在低太阳辐射的极端工况下提高更加显著。在本系统中综合考虑系统的安全性、经济性和高效性,将系统的制冷剂充注量定为0.35 kg。随着充注量的增加,系统的蒸发压力、蒸发温度、冷凝压力等都略有增加。