户用多功能太阳能热泵系统的实验研究

【摘要】： 太阳能热水器是直接利用太阳能获得热水的节能、环保型热水器,但是受天气限制太阳能热水器不能保证每天都能使用,因此需要辅助热源。空气源热泵热水器是利用热泵原理,从空气中吸热制取热水的节能型热水器,但是制造成本高,仅用来制取热水不经济,因此严重阻碍了该产品的推广应用。家用空调器现在应用广泛,但全年大部分时间处于闲置状态,利用率低下。 为了充分发挥太阳能热水器、空气源热泵热水器和家用空调器三者的优势弥补它们的不足,我们提出了一种解决方案,把三者有机结合起来实现一机多能,这一复合系统被称为户用多功能太阳能热泵(domestic multifunctional solarassisted heat pump,DMSAHP)。DMSAHP系统可以运行太阳能制热水、热泵制热水、制冷、制冷兼制热水、空气源热泵制热和水源热泵制热6种模式。因此该系统既可以充分利用太阳能制取热水,又可以用热泵制热水模式作为辅助制取热水;制冷兼制热水模式还可以回收利用冷凝器热制取热水,因此能源的利用率高;水源热泵制热模式可以利用太阳能制取的热水为热泵热源给房间制热,不仅能提高系统的制热能力,还能提高太阳能利用率。 首先详细阐述了DMSAHP系统的基本原理及其具体可以实现的各种功能模式并试制了DMSAHP的样机,构建了DMSAHP系统的模型。样机的制作充分考虑到实用性,使其便于安装和维护,组合集成DMSAHP系统各部件后的样机由室外机、室内机、太阳能集热系统和储热水箱四个部分组成。 本文着重对DMSAHP系统的热泵制热水、制冷、制冷兼制热水、空气源热泵制热和水源热泵制热5种模式进行了详细的研究,并对系统的性能进行了详细的分析。结果表明,DMSAHP系统这5种模式运行可靠、性能良好。 不同环境温度下的实验表明,DMSAHP系统热泵制热水模式性能系数的最大值可达5.05kW/kW;而环境温度为7℃的低温情况下,性能系数范围为4.69～1.63 kW/k。可见热泵制热水模式制热水具有非常明显的节能效果。 DMSAHP系统制冷模式下额定制冷量和能效比分别为4.981kW和2.61kW/kW。DMSAHP系统制冷兼制热水模式下,综合能效比均大于3.39 kW/kW而最大值可达6.20 kW/kW。 DMSAHP系统空气源热泵制热模式下的额定制热量和性能系数分别为4.938kW和2.77 kW/kW。DMSAHP系统水源热泵制热模式下,系统的制热量的最小值也能达到5.758kW,最大值可达9.105kW;而该模式下系统的性能系数均大于3.18kW/kW,最大可达3.69kW/kW。 DMSAHP系统是一个功能模式多,组成部件多的复杂系统,为了使系统自动运行,本文还进一步提出了适合DMSAHP系统特点的系统控制方案。 【关键词】：多功能 太阳能 热泵 制热水 制冷 制热 能效比 性能系数
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU833
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 我国能源现状12-13
• 1.1.1 我国的能源供需情况12
• 1.1.2 我国能源利用效率12-13
• 1.1.3 我国建筑能耗13
• 1.2 我国太阳能光热利用状况13-14
• 1.2.1 我国太阳能资源分布情况13-14
• 1.2.2 我国太阳能光热利用发展现状14
• 1.3 热泵的历史和分类14-15
• 1.3.1 热泵的历史及发展现状14
• 1.3.2 热泵的分类14-15
• 1.4 太阳能热泵国内外研究概况15-20
• 1.4.1 太阳能热泵的形式15-18
• 1.4.2 国内外研究概况18-20
• 1.5 本研究的提出与研究内容20-27
• 1.5.1 本研究的提出20-21
• 1.5.2 本文研究内容21-27
• 第2章 理论研究和样机试制27-40
• 2.1 户用多功能太阳能热泵系统原理27-28
• 2.2 热泵系统数学模型28-32
• 2.2.1 热泵系统部件模型28-30
• 2.2.2 制冷剂热物性计算30-31
• 2.2.3 水源热泵制热水模拟31-32
• 2.3 户用多功能太阳能热泵样机试制32-35
• 2.3.1 样机室外机33-35
• 2.3.2 样机室内机、太阳能集热系统和储热水箱35
• 2.4 测试装置35-38
• 2.5 本章小结38-40
• 第3章 热泵制热水模式实验研究40-56
• 3.1 热泵制热水模式介绍40-41
• 3.2 实验说明41-44
• 3.2.1 实验方案一42
• 3.2.2 实验方案二42
• 3.2.3 测试参数42-44
• 3.3 方案一实验结果44-47
• 3.3.1 系统输入功率44-45
• 3.3.2 压缩排气压力45
• 3.3.3 压缩机排气温度45-46
• 3.3.4 系统瞬时性能系数46-47
• 3.4 方案二实验结果47-50
• 3.4.1 系统输入功率47-48
• 3.4.2 压缩机排气压力48
• 3.4.3 压缩机排气温度48-49
• 3.4.4 系统瞬时性能系数49-50
• 3.5 两种方案实验结果对比50-54
• 3.5.1 工况一条件下的实验结果对比50-52
• 3.5.2 工况二条件下的实验结果对比52-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第4章 制冷和制冷兼制热水两种模式对比研究56-73
• 4.1 制冷和制冷兼制热水两种模式介绍56-58
• 4.1.1 制冷模式56-57
• 4.1.2 制冷兼制热水模式57-58
• 4.2 制冷和制冷兼制热水两种模式实验58-62
• 4.2.1 实验说明58-60
• 4.2.2 测试参数60-62
• 4.3 制冷和制冷兼制热水两种模式实验结果62-71
• 4.3.1 制冷模式实验结果62-63
• 4.3.2 制冷兼制热水模式实验结果63-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第5章 空气源和水源热泵制热两种模式对比研究73-84
• 5.1 空气源和水源热泵制热两种模式介绍73-75
• 5.1.1 空气源热泵制热模式73-74
• 5.1.2 水源热泵制热模式74-75
• 5.2 空气源和水源热泵制热两种模式实验75-77
• 5.2.1 实验说明75-76
• 5.2.2 测试参数76-77
• 5.3 空气源和水源热泵制热两种模式实验结果77-82
• 5.3.1 空气源热泵制热模式实验结果77-78
• 5.3.2 水源热泵制热模式实验结果78-82
• 5.4 本章小结82-84
• 第6章 系统控制方案84-90
• 6.1 控制部件和感温部件84
• 6.2 控制方案说明84-89
• 6.2.1 制冷或制冷兼制热水模式84-85
• 6.2.2 空气源热泵制热模式85-87
• 6.2.3 热泵制热水模式87
• 6.2.4 太阳能热水水源热泵制热模式87
• 6.2.5 太阳能制热水模式87
• 6.2.6 保护功能和故障处理87-89
• 6.3 本章小结89-90
• 第7章 全文总结和工作展望90-93
• 7.1 论文的主要工作及创新点90-91
• 7.2 论文的后续工作和展望91-93
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果93-94
• 致谢94

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