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《东南大学》 2018年
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模块式多功能空气源热泵机组性能研究

杨伟忠  
【摘要】:随着人民生活水平的不断提高,人们对办公和生活环境的舒适性要求也越来越高,空调和各类热水设备得到广泛使用。针对现有空调和生活热水的需求同时存在的场合,为降低空调及热水设备的初投资,提高设备利用率和降低能耗,探索一种可实现制冷、制热和制生活热水多功能一体的热泵机组,成为有效解决目前空调、热水设备能耗大、运行管理复杂、成本高的问题的有效途径。为此,本文针对性的提出一种模块式多功能空气源热泵机组,在实现机组制冷制热外,还可提供用户所需的生活热水,实现空调+热水机的组合的替代。该系统具有性能系数高,稳定性好,结构紧凑,安装和维护方便等特点,同时系统在夏季制冷时可免费获得热水。本文通过理论与实验的方法,构建出模块化多功能空气源热泵系统,并搭建出样机平台,在此基础上开展了系统性能与优化研究,并通过模块式多功能空气源热泵系统除霜策略研究,提出了优化的除霜控制策略,具体主要研究内容如下:(1)模块化多功能空气源热泵系统的构建与优化。现有多功能空气源热泵存在结构复杂,系统稳定性不高等不足,论文针对性的提出了双四通换向阀的系统结构,构建出相应的模块化多功能空气源热泵系统。多功能空气源热泵蒸发温度可在-20~35℃之间,系统冷凝温度超过65℃。开展了热泵系统风侧冷凝器优化研究,优化设计出直径为φ6.94的铜管铝翅片冷凝器,使冷凝器外形尺寸减小,实现了系统结构的紧凑,同时开展水侧换热器优化设计,设计出选用φ7.95内螺纹高效换热管的系统壳管式水换热器(干式蒸发器)。系统采用独立的双系统结构,采用了电子膨胀阀加毛细管的节流方式,并对毛细管的长度进行了优化研究,系统管路流速和压降开展了设计优化。基于理论研究和实验测试获得了系统的最佳制冷剂加注量,最佳加注量下,系统的制冷量和能效比达到最大值,通过测试,样机最佳R410a制冷剂加注量为6.2kg。(2)开展了模块式多功能空气源热泵系统性能研究。利用已有的焓差实验室开展对系统进行不同工况下的测试实验研究,实现在环境温度16~43℃范围内的全工况测试实验,在环境温度35℃,冷水出水温度7℃时,机组COP值可达3.01,制冷+制热水模式测试运行时,制冷侧保持出水温度7℃,热水出水温度35~50℃区间,机组综合COP值在7以上;在环境温度-10~10℃范围对系统制热(出水温度45℃)和制热水(出水温度50℃)进行测试研究,在环境温度7℃,出水温度45℃时,多功能热泵COP值为3.2,与其他厂家同类产品进行了性能比价测试,当环境温度降低到-10℃,多功能热泵制热量高于其他厂家热泵约5%。(3)模块式多功能空气源热泵系统除霜策略研究,在焓差实验室营造低温高湿工况,开展系统对除霜测试及其控制研究,提出对多功能热泵除霜的进入翅片温度根据室外环境温度T和前次除霜时间的变化进行调整,前次除霜时间的变化及热泵出水温度的变化来判断确定控制策略,并进行了实验验证;系统在环境温度0℃工况进行6小时连续除霜运行,系统除霜周期在50分钟,每次化霜时间在3分20秒左右,翅片换热器结霜均匀,除霜干净,测试数据比较,智能除霜的多功能热泵平均制热量相对于传统定期除霜模式提高13.6%左右。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TU83

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