直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵空調(diào)及熱水系統(tǒng)的研究

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1、中文摘要中文摘要本文對(duì)直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵技術(shù)在空調(diào)及熱水方面的應(yīng)用作了深入的研究。在對(duì)小型直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器裝置的實(shí)際運(yùn)行性能及其影響因素進(jìn)行了綜合分析研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵空調(diào)及熱水系統(tǒng)的新方案，可滿(mǎn)足建筑用戶(hù)對(duì)冬季采暖、夏季空調(diào)和全年熱水供應(yīng)的多種需求。針對(duì)以上研究?jī)?nèi)容，開(kāi)展了如下的具體工作：1．從商品實(shí)用化的角度出發(fā)，研制了一臺(tái)直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器樣機(jī)，主要由裸板式太陽(yáng)能集熱／蒸發(fā)器(有效集熱面積為1．05m2)、沉浸式冷凝換熱器、立式承壓儲(chǔ)熱水箱(容水量為140L)以及全封閉活塞式壓縮機(jī)(額定輸入功率為215W)等部件組成，具有小型化、

2、實(shí)用化、產(chǎn)品化特征，并獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。2．對(duì)所研制的熱水器樣機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期的性能研究，獲得了大量具有實(shí)用價(jià)值和指導(dǎo)意義的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為系統(tǒng)仿真和優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。在室內(nèi)模擬光源照射下，該系統(tǒng)的平均熱水加熱功率為1．04kW，平均COP達(dá)4．18。在室外實(shí)際工況下，該熱水器在上海地區(qū)的各種氣候條件下均能夠可靠生產(chǎn)40～60℃生活熱水，冬季平均COP為2-3，春季為3．1，夏季達(dá)到3．7。3．建立了以分布參數(shù)為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能集熱，蒸發(fā)器和冷凝器的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而建立了整個(gè)直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器的動(dòng)態(tài)仿真模型。以實(shí)際工況參數(shù)作為仿真輸入量，將仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以對(duì)比分析，二者能夠較好吻合

3、。利用該動(dòng)態(tài)仿真模型，從內(nèi)部特性參數(shù)(太陽(yáng)能集熱／蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、冷凝器結(jié)構(gòu)、壓縮機(jī)容量、儲(chǔ)熱水箱容積、制冷劑性質(zhì))及外部特性參數(shù)(太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、室外風(fēng)速、負(fù)載水溫、初始水溫)出發(fā)，全面分析這些參數(shù)對(duì)直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器運(yùn)行特性的影響。4．針對(duì)太陽(yáng)能集熱／蒸發(fā)器表面在冬季濕冷工況下出現(xiàn)的結(jié)霜現(xiàn)象，進(jìn)行了較為詳細(xì)的模擬研究和分析，揭示了結(jié)霜過(guò)程中的換熱特性以及環(huán)境參數(shù)對(duì)表面結(jié)霜的影響。以實(shí)驗(yàn)和理論研究的結(jié)果為依據(jù)，對(duì)直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵熱水器的變頻控制策略進(jìn)行了探討，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)CDP與熱水溫度和太陽(yáng)能集熱／蒸發(fā)板溫度之間的關(guān)系，指出采用這兩個(gè)溫度參數(shù)作為控制輸入量

4、來(lái)調(diào)整壓縮機(jī)頻率的可行性。5．將直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵系統(tǒng)與建筑采暖／空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)建一種冬季可采暖、夏季可制冷、四季均可提供生活熱水的直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵空調(diào)及熱水系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行全面的能量分析。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)建立直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵空調(diào)及熱水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，對(duì)系統(tǒng)的全年工作性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析，以驗(yàn)證該系統(tǒng)方案的技術(shù)可行性，并為進(jìn)一步完善與改進(jìn)系統(tǒng)的性能打下了基礎(chǔ)。6．成功研制了一套直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵空調(diào)及熱水系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并于2004年1月至2004年7月對(duì)該樣機(jī)進(jìn)行了冬季供暖、春季供熱水以及夏季供冷的實(shí)驗(yàn)研究，主要考察了系統(tǒng)的實(shí)際工作性能，分析了系統(tǒng)各部件之間的匹配

5、關(guān)系，并獲取了包括部件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)匹配、運(yùn)行控制等在內(nèi)的第一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和必要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為該系統(tǒng)的深入研究和實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文7．在總結(jié)全文工作的基礎(chǔ)上，對(duì)直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵研究工作的進(jìn)一步開(kāi)展提出了研究方向。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能，熱泵，直膨式，熱水器，空調(diào)英文摘要ABSTRACTThispaFIerconcentratedondirect-expansionsolar-assistedheatpumpfDX．SAHnsystemsforresidentialuse．Throughexperimentalandtheoreticalmethods．thelong．ter

6、mthermalperformanceofaDX．SA廿waterheaterwasinvestigated．a(chǎn)ndtheeffectsofvariousparametersonitsthermalperformancewereanalyzed．Basedupontheabovework．a(chǎn)newmulti—functionalDX—SAHPsystemwaspromoted．whichcanprovidespaceheating．coolinganddomestichotwaterforbuildings．AtthesalTletime，anexperimentalprototypew

7、asdevelopedtostudyitsrealoperationperformance．Themainworksaresummarizedasfollowing：1．ADX．SAHPwaterheaterwasdesignedandfabricated．whichconsistedofanunglazedSolarcollector／evaporatorwithaexposureareaof1．05m。．a(chǎn)hotwatertan