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太阳能辅助多功能热泵实验研究

作　者: 宋志雄
导　师: 路诗奎
学　校: 江苏科技大学
专　业: 轮机工程
关键词: 太阳能多功能热泵两级冷凝性能系数
分类号: TU831.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
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内容摘要

本文提出一种将家用热泵热水器和太阳能热水器相结合,经改造后构成的可以实现多种功能的太阳能辅助多功能热泵系统,该系统在实现了夏季制冷、冬季空气源热泵制热、全年热泵制取热水以及太阳能制取热水四种功能的基础上,增加了有两级冷凝的夏季制冷兼制热水和冬季太阳能热水辅助水源热泵制热功能,实现了废热的回收利用,减少了室外热污染,同时缓减了冬季空气源热泵制热时室外机结霜的问题。本文详细介绍了所提出的系统运行原理以及各个功能模式的实现,按照所设计原理图的制冷剂循环管路,组装了实验样机,对夏季制冷、制冷兼制热水、冬季空气源热泵制热、太阳能热水辅助水源热泵制热以及全年热泵制取热水五种运行模式进行了实验研究,并对系统的运行性能给予了详细分析,结果表明,系统各模式在相应的实验条件下均有较好的运行效果,所得主要结论如下:1.夏季室内单制冷实验过程中,系统的吸气温度维持在10.0℃,排气温度维持在79.0℃,实验过程中,工作状态平稳,平均制冷量为3803W,制冷平均COP值约为3.1;2.对夏季制冷兼制热水模式进行详细的实验研究,结果表明,在室外风机未开启时,系统的制热水速度较快,而制冷量平均值为2900W;在风机开启以后,系统制冷量迅速提升,最大值达到3700W,平均值为3500W,制冷平均COP值为3.0,而蓄热水箱内热水温升很缓慢,热水从45℃加热至55℃,用时280min。整个运行过程中,系统综合COP值在室外风机未开启时在5.0以上,风机开启后仍高于3.0;3.冬季空气源热泵制热时,系统运行稳定,较高的排气温度使得系统有更多的热量可以释放给室内,满足室内热负荷,其平均制热量为3750W,实验期间,系统的平均制热COP值为3.4;4.太阳能辅助水源热泵供热时,当水源温度在30℃~40℃之间时,系统的制热COP值大于4.0,高于空气源热泵制热,随着蓄热水箱内热水温度的下降,系统的COP值虽然仍高于空气源热泵制热,有一定优势,但是由于压缩机排气温度的下降,导致系统制热效果有所下降;5.对太阳能辅助多功能热泵制热水性能分析表明:随着环境温度的升高,系统吸、排气压力均有所升高,在较高的环境温度下,系统仍在安全范围内工作;系统制热水性能受环境温度的变化影响较大,环境温度为19.4℃时,制热水时间明显缩短,性能系数COP也有较大提高,制热水时间比6.7℃时缩短了58min。文章的最后针对实验过程中出现的制冷剂不足和吸气过热度太大的现象,进行分析后,在原有的系统原理图基础上,提出了改进方案,增加了两个电磁阀和一段毛细节流管,用来解决系统可能出现的上述现象;并对夏季制冷兼制热水和冬季太阳能辅助热泵制热两种新增功能的控制方法进行了介绍。

全文目录

摘要  10-12
Abstract  12-14
第1章绪论  14-26
  1.1 研究背景及意义  14-18
    1.1.1 家用热泵空调器使用现状  15-16
    1.1.2 太阳能热水器以及热泵热水器的使用现状  16-18
  1.2 国内外研究现状  18-24
    1.2.1 间接膨胀式太阳能热泵的形式  18-20
    1.2.2 太阳能多功能热泵的研究现状  20-24
  1.3 太阳能辅助多功能热泵的提出  24
  1.4 本文主要研究内容  24-26
第2章太阳能辅助多功能热泵系统建立  26-39
  2.1 多功能热泵系统原理  26-30
  2.2 太阳能辅助多功能热泵实验台建立  30-32
    2.2.1 系统原理图及运行模式  30-32
  2.3 系统各部件结构技术参数  32-36
  2.4 太阳能热水装置动态特性数学模型  36-38
  2.5 本章小结  38-39
第3章太阳能辅助多功能热泵实验设计及数据采集  39-45
  3.1 太阳能辅助多功能热泵系统实验设计  39-40
    3.1.1 实验研究内容  39-40
    3.1.2 系统测试仪表的配置  40
    3.1.3 系统测点布置  40
  3.2 数据采集系统  40-44
    3.2.1 数据采集硬件部分  40-42
    3.2.2 MCGS 组态软件构成  42-43
    3.2.3 数据采集系统界面  43-44
  3.3 本章小结  44-45
第4章太阳能辅助多功能热泵系统实验研究  45-68
  4.1 冬季制热实验结果分析  45-54
    4.1.1 空气源热泵制热结果分析  45-47
    4.1.2 太阳能辅助制热结果分析  47-52
    4.1.3 两种制热方式比较  52-54
  4.2 夏季制冷实验结果分析  54-63
    4.2.1 单制冷实验结果分析  54-56
    4.2.2 制冷兼制热水实验结果分析  56-63
  4.3 热泵制热水实验结果分析  63-67
  4.4 本章小结  67-68
第5章太阳能辅助多功能热泵系统改进方案  68-72
  5.1 实验中出现的问题  68
  5.2 一种改进方案  68-70
  5.3 新功能控制方法  70
  5.4 本章小结  70-72
总结及展望  72-74
  全文总结  72-73
  研究展望  73-74
参考文献  74-78
攻读学位期间发表的学术论文  78-80
致谢  80-81
详细摘要  81-85

太阳能辅助多功能热泵实验研究

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